LSM-YSZ 수전해전지에서 공기극과 전해질 사이 계면의 박리 초기 구조적 열화 연구

Abstract

물 전기 분해는 탄소 배출 제로를 달성하기 위한 가장 이상적인 방법으로, 다양한 전해분해기 (electrolyzer) 중에서 고온에서 작동하는 고체산화물수전해전지(SOEC)가 가장 효율적으로 깨끗한 수소를 생산하는 유망한 차세대 기술입니다. 그러나 공기극의 박리로 인한 빠른 열화로 인해 장기간 운전 및 상용화에 어려움이 있습니다. 이러한 열화 원인을 규명하기 위한 노력이 많이 이루어졌지만, 계면의 복잡성 때문에 여전히 명확하지 않습니다. 본 연구에서는 공기극과 전해질 사이의 계면에서 박리가 시작되는 초기 단계에서 발생하는 물리적 및 화학적 변화를 구조적으로 관찰하기 위해 투과전자현미경(TEM)과 밀도범함수이론(DFT)을 활용하였습니다. 특히, SOEC 운전 중에, 산소 이온이 국부적으로 축적되며, 이에 따라 이방성 격자 변형, 응력 및 아결정립 형성, 나노 포어 생성 등의 과정을 시각적으로 확인하였습니다. 이러한 이전에 발견되지 않은 구조적 변화는 향후 개발을 위한 새로운 지침을 제공할 수 있습니다.