Reversible protonic ceramic electrochemical cells (R-PCECs) are low-temperature solid oxide electrochemical cells operating below 600°C, prized for their low activation energy and high energy conversion efficiency. However, their advancement faces challenges, notably the development of stable proton-conducting electrolytes resilient to complex operational conditions and chemical instability from pollutants like CO2 and H2O. To address this, research focuses on introducing various metal cations into the A- or B-sites of Ba-based perovskite oxide electrolyte structures. This thesis explores the application of the high-entropy stabilization concept to design robust proton-conducting high-entropy perovskite oxides (HEPOs), ensuring stability even under extreme temperatures and chemical environments. Moreover, a microwave-assisted sintering method was employed to apply the high-entropy electrolyte to reversible electrochemical cells. These findings indicate the high potential of high-entropy perovskite oxides as promising electrolyte materials for R-PCECs.
양방향 프로톤 전도성 전기화학 전지(R-PCEC)는 낮은 활성화 에너지와 높은 에너지 변환 효율로 인하여 600 °C 이하에서 작동이 가능한 저온형 고체 산화물 전기화학 전지이다. R-PCEC 를 발전시키는데 있어 주요 과제 중 하나는 복잡한 작동 조건과 CO2 와 H2O 와 같은 대기중 오염 물질에 대한 화학적 불안정성을 견딜 수 있는 효율적이고 안정적인 양성자 전도성 전해질에 대한 개발이다. 이러한 복잡한 작동 조건에 대한 낮은 안정성을 극복하고 양성자 전도도를 향상시키기 위해 Ba 기반 페로브스카이트 산화물 전해질 구조의 A 또는 B 위치에 여러 금속 양이온을 도입하는 연구가 진행되고 있다. 본 학위논문 연구에서는 다중 도핑된 페로브스카이트 산화물의 고엔트로피 안정화 개념을 전해질에 적용하여 극한의 온도 및 화학적 환경에서도 단상을 유지할 수 있는 내구성 있는 양성자 전도성 고엔트로피 페로브스카이트 산화물 (HEPO)을 설계하였다. 나아가 마이크로파 보조 소결 방법을 활용하여 고엔트로피 전해질을 실제 양방향 전기화학 전지에 적용하였다. 본 연구 결과는 고엔트로피 페로브스카이트 산화물이 R-PCEC 의 적용 가능성과 발전 전망을 시사한다.
