Solid oxide fuel cells (SOFCs) has garnered attention as energy conversion devices with high efficiency and eco-friendliness. However, high working temperature causes rapid degradation of performance and consumption of substantial energy and time to operate the device. Accordingly, a lot research has been devoted to lowering the operation temperature. However, due to the increasing resistance of the device with decreasing temperature, the performance of the SOFCs is significantly degraded. In order to address the problem, novel electrocatalyst toward oxygen reduction reaction (ORR), which is known to be notoriously sluggish, is presented in this research. Among the various material groups, BaCoO$_{3-δ}$ (BCO) perovskite system has attracted scant attention due to the unstable crystal structure. However, cubic BCO brings about distinct characteristic compared with the other material, such as cheap price of barium and high concentrations of oxygen vacancies. For this reason, revisiting the BCO system again, we tried to figure out the relationship between crystal structure and ORR activity. Finally, through the electrochemical evaluation with single cell employing the best material among the candidates, it was proved that high-performance and high durable SOFC can be feasible by BCO cathodes.
고체산화물연료전지는 고효율⸳친환경 에너지 변환 장치로서 많은 관심을 받고 있다. 높은 구동온도는 빠른 열화속도, 구동⸳정지에 필요한 많은 에너지⸳시간 소모 등 많은 문제를 야기하며 연료전지의 상용화를 더디게 하고 있다. 따라서 구동온도를 낮추기 위해 많은 노력이 이루어지고 있는데, 이를 위해서는 온도에 따라 급격하게 증가하는 연료전지의 저항을 낮춰야 한다. 본 연구에서는 연료전지의 저항 중 저온에서 가장 큰 비중을 차지하는 산소환원반응에 대한 새로운 cathode 물질을 개발하여 고성능 저온고체산화물연료전지를 구현하고자 하였다. 많은 물질군 중, BaCoO$_{3-δ}$ (BCO)계 물질은 상 불안정성의 이유로 그 동안 외면 받아왔지만, 바륨의 저렴한 가격과 높은 농도의 산소 공공 등 특징적인 장점을 가지고 있다. 따라서 BCO계 물질을 재탐색하여, 여러가지 원소를 B-site에 치환함으로써 BCO의 결정구조와 산소환원반응의 관계를 파악하고자 하였다. 최종적으로 선정된 물질을 고체산화물연료전지의 공기극으로 활용하여 단전지를 제작하여 전기화학적인 성능 평가를 함으로써, BaCoO$_{3-δ}$계 물질을 통해 고성능 및 고내구성 고체산화물연료전지 실현이 가능함을 입증하였다.
