Perovskite-based oxide materials are widely used as electrode materials for high-temperature solid oxide fuel cells due to their inherent high ionic and electrical conductivity and excellent electrochemical catalyst properties. They are also widely in spotlight as electrode materials or catalysts for solar cells or metal-air batteries in the low-temperature range. Research on low- temperature perovskite catalysts mainly focuses on doping at the B site in the ABO3 structure on catalytic characteristics or improving performance by mixing perovskite with existing commercial precious metal catalysts such as IrO2, platinum, etc. Recently, research results on the bifunctional catalyst properties of perovskite have been consistently reported. Still, more reports need to be on strategies for applying this catalyst to actual batteries.
This Ph.D. dissertation aimed to provide a method for optimizing the catalytic properties of La0.6Sr0.4Co0.2Fe0.8O3-d＼delta(LSCF), which is in the spotlight as a representative bifunctional catalyst for oxygen reduction and generation reactions, to develop perovskite catalysts for high-performance metal-air battery cathode.
This paper presents the effect of oxygen reduction/ generation reaction on the catalyst surface by doping fluorine into the oxygen anion site of LSCF. Additionally, through a high-energy ball mill process, the effect on the oxygen reduction reaction catalytic properties according to the specific surface area of LSCF was quantified.
This research can enhance the performance and stability of perovskite oxide-based catalysts applied to energy devices using oxygen reduction and generation reactions.
페로브스카이트 기반 산화물 물질은 본연의 높은 이온 및 전기 전도성뿐 아니라 우수한 전기화학적 촉매 특성으로 인해, 고온용 고체산화물 연료전지용 전극 재료로 쓰일 뿐 아니라, 적용 온도가 저온 영역인 태양전지 혹은 금속-공기 전지용 전극이나 촉매 물질로도 각광받고 있다. 저온용 페로브스카이트 촉매에 관련된 연구는 주로 ABO3 구조에서 B위치의 도핑 혹은 산소발생특성이 우수한 페로브스카이트와 기존 산소환원반응용 금속 촉매와의 혼합하는 방안 등이 촉매 특성에 미치는 영향에 대한 연구결과가 주를 이루고 있다. 최근에는 페로브스카이트 자체의 양기능성 촉매 특성에 대한 연구결과도 꾸준히 보고되고 있으나, 이 촉매를 실제 전지에 적용하기 위한 전략에 대한 보고는 여전히 부족한 실정이다.
이 박사 논문은 고출력 금속 공기전지 양극용 페로브스카이트 촉매 개발을 위해, 대표적인 La0.6Sr0.4Co0.2Fe0.8O3-d＼delta(LSCF)촉매 분말 최적화하는 방법과, 최근 각광받고 있는 음이온 도핑을 통해, 양기능성 촉매 특성을 향상시키는 전략에 대해 제시하고자 하였다.
본문에서는 LSCF의 산소 음이온 자리에 불소를 도핑함으로써, 촉매 표면에 산소환원/발생 반응에 미치는 영향을 제시하였다. 또한, 고에너지 볼밀 공정을 통해 LSCF의 비표면적에 따른 산소환원반응 촉매 특성에 미치는 영향을 정량화하였다.
이 연구를 통해 산소환원 및 발생 반응을 이용하는 에너지장치에 적용되는 페로브스카이트 산화물 기반 촉매의 성능 및 안정성을 향상시키는데 기여한다.
