페로브스카이트 산화물 기반 고체산화물 연료전지 연료극 제조

초록

고체 산화물 연료전지(SOFC)에서 Ni-YSZ(Yttria-Stabilized-Zirconia)은 고온, 환원 분위기에서 높은 전도성, 우수한 촉매 활성 및 전지 구성 요소 간 안정성으로 인해 고체 산화물 연료전지의 대표적인 연료극 재료로 사용되나, 고온 또는 부하 변동에서의 장기간 작동은 연료극 구조를 변화시키며, 전지의 열화 등 심각한 문제를 야기한다. 이러한 Ni-YSZ의 문제점을 해결하고자, 최근에는 전도성과 화학적 안정성이 우수한 페로브스카이트(Perovskite) 산화물, 그중 SrTiO3의 Sr격자(A-site)에 La의 도핑을 통하여 합성되는 La-doped SrTiO3(LST)는 수소 분위기에서 우수한 전기 전도성 및 우수한 산화, 환원 안정성을 나타내기에 Ni-YSZ을 대체할 대표적인 물질로 연구되고 있으나. 촉매 활성이 낮으며 또한 부하 변동 조건에서의 안정성을 유지하는 높은 내구성도 요구되는 실정이다. 본연구에서는 LST의 Ti격자(B-site)에 촉매 활성이 우수한 Ni를 도핑하여 LSTN(La and Ni doped SrTiO3)을 합성하여 촉매 활성을 향상시켰으며, 또한 이온전도성이 우수한 GDC(Gadolinium Doped Ceria)를 LSTN과 함께 연료극 물질로 사용함으로써 산소 이온 전도성의 향상과 분극저항의 감소를 확인하였다.