Ba0.5Sr0.5Co0.8Fe0.2O3-δ의 등온 나름특성과 결함구조

Abstract

혼합전도체 (mixed ionic electronic conductor) Ba0.5Sr0.5Co0.8Fe0.2O3-δ 는 신재생에너지 분야 중에서도 고체산화물 연료전지 양극소재 와 산소투과막 소재로 잘 알려져 있고 우수한 산소이동특성이 보고되고 있다. Ba0.5Sr0.5Co0.8Fe0.2O3-δ¬의 성능을 결정하는 물성 중에 하나는 이극성전도도 (ambipolar conductivity)인데 이는 부분이온전도도(partial ionic conductivity)와 전자의 나름수 (transference number of electron)의 곱으로 표현된다. 대부분의 산소투과막 혼합전도체의 경우 전자의 나름수가 1에 가깝기 때문에 결국 부분이온전도도가 재료의 성능을 결정한다고 볼 수 있다. 하지만 Ba0.5Sr0.5Co0.8Fe0.2O3-δ의 부분이온전도도에 대해서 보고되어있는 문헌도 거의 없으며 보고된 값들도 큰 편차를 가지고 있다. 본 연구에서는 차단분극실험 (blocking polarization method)을 통해 950 ˚C, 900 ˚C, 850 ˚C 에서 세가지 독립적인 나름물성을 구하였고 그로부터 Onsager transport coefficients를 계산하여 부분이온전도도를 평가하였다. 이렇게 평가된 부분이온전도도는 약 1 S/cm 수준으로 문헌에 보고된 결과들 중에서 가장 높은 수준을 나타냈다. Ba0.5Sr0.5Co0.8Fe0.2O3-δ의 결함구조 (defect structure)에 관해서는 산소부정비량으로부터 산소빈자리 (oxygen vacancy)라고 간주하지만 산소빈자리의 전하를 보상해줄 전자받개 (electron acceptor)가 불분명하며 결함농도를 구하기 위한 연구도 부족한 실정이다. 본 연구에서 구한 Onsager transport coefficients의 산소분압의존성은 결함구조에 대한 정보를 제공한다. Lii의 산소분압의존성은 뚜렷히 나타나지 않았으나 Lhh의 산소분압의존성의 경우 유사한 소재군 인 BCFN의 경향과 일치하여 BCFN에 적용한 결함모델을 분석틀로 하여 결함구조 분석을 진행하였다.

핵심어: 혼합전도체 (Mixed Ionic Electronic Conductor), 나름행렬계수 (Onsager transport coefficients), 부분이온전도도 (Partial ionic conductivity), 결함구조 (defect structure)