바카라 커뮤니티 [Nakabachi Ryoji 회장] (이하 "AIST")무기 기능 재료 연구 부서[연구 부서 이사 Awano Masanobu] 최고 연구원 Shimada Hiroyuki와 Yamaguchi Toshiaki의 기능 통합 기술 그룹 최고 연구원은 다음과 같습니다연질 산화물 전해 세포(SOEC)에 사용하기위한 산화 나노 복합물Anode재료가 개발되었습니다 이 재료는 고온입니다전해 전류 밀도대량의 수소를 합성 할 수있게하여 극적으로 개선 될 수 있습니다

수소 사회 실현을 위해 물이 소개되었습니다바카라 규칙 분해바카라 규칙 분해에 의한 수소를 합성하는 기술이 진행 중입니다 그 중에서도 SOEC를 사용한 수압은 기존의 물 바카라 규칙 분해 기술에 비해 수소 생산에 필요한 에너지를 20 ~ 30% 감소시키는 이점을 가지고 있으며 백금과 같은 귀금속 전극이 없지만 세포 영역 당 수소 생산량 (합성 속도)의 양이 작습니다

이번에는Samarium Strontium cobaltite (SSC)andSamarium-Added Ceria (SDC)1 차 입자나노 복합 구조의 나노 수준에서 균질화 된 구조2 차 입자디자인스프레이 열분해 방법를 사용하여 제조 공정을 사용하여 합성되었습니다 2 차 입자 인 산화물Nanocomposite 입자전자 및 이온에 대한 각 전도 경로가 형성되어 넓은 반응 장 및 높은 바카라 규칙 전도성을 나타냅니다 이 물질을 사용하여 SOEC를 사용하여 고온 증기 바카라 규칙 분해를 수행했을 때, 전해 전류 밀도는 23 a/cm²(750 °C, electrolytic voltage 13 V) 또한, 세포 영역 당 전해 수소의 합성 속도는 중합체 형 물 바카라 규칙 분해의 합성 속도의 적어도 두 배가 될 수 있으며, 이는 전해 세포의 컴팩트성에 기여할 수있다

이 기술에 대한 세부 사항은 2016 년 11 월 17 일에 TKP 도쿄 역 Nihonbashi Conference Center (Chuo-Ku, Tokyo)에서 개최 될 Solid Oxide Energy Conversion Advanced Technology Consortium의 공공 심포지엄에서 발표 될 것입니다

개발 된 나노 복합체 양극의 효과

현재재생 에너지발전 시설이 전 세계적으로 도입되고 있지만 날씨와 같은 환경으로 인한 발전 금액의 변동을 제거하기 위해 바카라 규칙 저장 시설은 발전 시설과 별도로 요구됩니다 따라서 바카라 규칙를 저장할 수있을뿐만 아니라 운송 할 수도 있습니다에너지 캐리어로 변환되는 바카라 규칙 분해는 미래의 에너지 시스템 기술로 주목을 받고 있습니다

물 바카라 규칙 분해를 사용한 수소 생산 기술에는 고체 중합체 및 알칼리성 형태가 포함되지만 작동 온도가 낮고 전해 전압이 높기 때문에 에너지 전환 효율의 한계가 있습니다 반면에, SOEC를 사용하는 고온에서의 증기 바카라 규칙 분해는 전해 전압이 낮고 폐기물없이 시스템에 열을 사용할 수있게하므로 에너지 캐리어를 고효율로 제조 할 수있는 차세대 수자원 바카라 규칙 분해 기술 일 것으로 예상되며, 차세대 바카라 규칙 바카라 규칙 기술이 될 수 있지만, 에너지가 낮은 전자 운반체를 제조 할 수있는 차세대 수질 바카라 규칙 분해 기술이 아니라 전자 공유의 양이 아니라 전자 분해가 될 수 있습니다 충분한

AIST는 수소 및 탄화수소와 같은 에너지 운반체를 합성하기 위해 새로운 전해 기술을 개발하기 위해 노력하고 있습니다 이 컨텐츠는 재료 개발에서 시스템 설계 및 에너지 캐리어 합성 데모에 이르기까지 다양하지만 회사는 특히 전극 재료 개발 및 SOEC 제조에 중점을 두어 현재까지 재배 한 고급 세라믹 프로세스 기술을 사용합니다

SOEC의 도전 중 하나는 양극과 반응 할 때 발생하는 큰 저항이며, 종래의 양극 재료는 전해 전류 밀도가 제한적입니다 따라서, 재료 개발을 통해 제품 개발을 촉진하기 위해, 우리는 기존 기술보다 더 높은 전류 밀도를 달성 할 수있는 새로운 양극 재료를 개발하기 위해 노력해 왔습니다

이 개발은 국립 과학 기술 연구소 (JST) 전략적 창의적 연구 촉진 프로젝트 (CREST)에 의해 뒷받침되었습니다 고체 산화물 공동 전해질 반응 세포 (2013-2018) "[연구 책임자 : Fujishiro Yoshinobu (연구 계획 사무소, 연구 전략 부서, AIST)

SOEC 양극의 바카라 규칙 전도도가 높을수록 전극 저항이 낮을수록 전류 밀도가 높아집니다 LA_0.6SR_0.4CO_0.2fe_0.8O₃(LSCF)는 이온-도전 물질 Gadolium-doped CERIA (GDC)와 복합되어 전극 내의 전자 및 이온에 대한 전도성 경로를 형성하는 동시에 반응하는 포인트의 수를 증가시켜 전극 저항성을 감소시킨다

이번에는 고전성 양극을 설계하여 고전도의 전자 전류 밀도를 극적으로 증가시켜 고자도 전자 유형의 구조적 재료 SSC 및 고 이온-조도성 SDC를 나노 미터 수준의 1 차 입자로 사용하여 균질 한 3- 민간 네트워크를 구성하는 산화물 나노 복합체 구조를 사용합니다 나노 복합체 구조화 된 이차 입자는 스프레이 열분해에 의해 합성되어 이들 입자로 만든 양극 물질을 제조 하였다 이번에 사용 된 SSC는 LSCF보다 더 높은 전자 전도도를 나타내며 약간의 이온 전도도를 갖는 재료입니다 그러나,이 SSC 자체의 이온 전도성으로 인해, SDC 또는 GDC와 같은 고도로 이온 전도성 재료와 결합 된 경우에도 애노드 성능을 향상시키는 효과를 얻는 것이 어려웠다 또한, 이들 이온-도전 물질과 결합 될 때, 전극 내부의 SSC 네트워크가 파손되고 전자 전도도가 감소하므로 지금까지 SSC는 단독으로 사용되었습니다 이 기사에서, 전극 내의 전자 전도 경로는 미세 구조를 사용하여 구성되었고, SSC 자체의 전자 전도도를 낮추지 않으면 서, 이온의 전도 경로는 나노 구조를 통해 2 차 입자 내에 구성되어 전극의 반응 지점의 수를 크게 증가시켰다 (도 1) 이를 통해 SSC 단독으로 얻을 수없는 SDC와 결합하는 효과가 가능하며 전극 성능이 크게 향상되었습니다

그림 1 : 기존 전극의 구조 (왼쪽) 및 개발 된 나노 복합 전극 (중간) 및 그 전송 전자 현미경 사진 (오른쪽)의 구조

나노 복합은 양극의 전극 저항을 상당히 감소 시켰으며, 이는 이전에 SOEC를 사용한 고온 증기 바카라 규칙 분해의 가장 큰 손실 인자였다 이번에는 양극으로 개발 된 재료를 사용하는 SOEC의 현재 밀도는 23 A/cm²(750 ° C, 전해 전압 13 V) (그림 2) 이것은 기존의 물 바카라 규칙 분해 기술, 알칼리성 물 바카라 규칙 분해, 폴리머 바카라 규칙 분해 및 이전 SOEC 고온 수증기 바카라 규칙 분해의 2-10 배입니다 또한, SOEC 볼륨 1 DM³(예상 전극 영역 1200 cm²) 1 nm³2 a/cm²의 전해 전류 밀도 이번에 개발 된 양극을 사용하는 SOEC의 전해 전류 밀도는이 시간을 초과하며 수소 스테이션과 같은 수소 생산 장비에 적용될 수있어 전해 장치가 이전보다 더 작게 만들 수 있습니다

또한, 발달 된 양극 물질을 사용하는 SOEC에서 전해 수소의 합성 속도는 세포 영역 당 수소를 합성 할 수있는 중합체 전해질 또는 알칼리성 물 전해질의 것보다 두 배 이상 높았다전해 열 중립 지점12676_12819

그림 2 기존 재료로 개발 된 나노 복합 양극 재료의 성능 (현재 밀도, 전극 저항, 바카라 규칙 전도도)

앞으로, 우리는 실질적인 크기와 형태의 SOEC에 개발 된 나노 복합성 양극을 적용하고 데모 테스트를 수행하고 수소 사회의 실현에 기여할 바카라 규칙 저장 기술로서 고효율 저비용 고온 수질 바카라 규칙 분해 시스템을 실현하는 것을 목표로 실질적인 사용을위한 연구 개발을 수행 할 것입니다

◆ 바카라 규칙 분해, 고체 산화 전해 세포

바카라 규칙 분해라고도합니다 외부 전력을 공급하여 화학적 변화를 일으키기 위해 (예 : 물을 수소와 산소로 분리) 바카라 규칙 분해를 수행하는 요소를 바카라 규칙 분해 셀이라고하며, 고체 산화물로 만들어진 바카라 규칙 분해 셀을 고체 산화물 바카라 규칙 분해 셀 (SOEC)이라고합니다[참조로 돌아 가기]

◆ Anode

잠재력이 높은 측면의 전극 바카라 규칙 분해에서 "양극"이라는 용어는 일반적으로 "양극"이라고하지만 배터리에서는 양의 전극이라고도합니다[참조로 돌아 가기]

◆ 전해 전류 밀도

바카라 규칙 분해의 단위 영역 당 전류 (A/CM²) 전해 전류 밀도가 높을수록 수소 생산 속도가 빨라지고 단위 부피당 생성 된 수소의 양이 증가합니다[참조로 돌아 가기]

◆ Samarium Strontium cobaltite (SSC)

화학 공식 : SM_0.5SR_0.5COO₃페 로브 스카이 트 형 구조 물질이며 높은 전자 전도도를 나타냅니다[참조로 돌아 가기]

◆ Samarium-Added Ceria (SDC)

화학 공식 : CE_0.8SM_0.2O_1.9불소 형 구조 물질이며 이온 전도도를 나타냅니다[참조로 돌아 가기]

◆ 나노 복합 입자, 1 차 입자, 2 차 입자

다중 재료의 다수의 나노 입자 (1 차 입자)가 2 차 입자를 형성하는 입자 물질 1 차 입자의 각 입자 (크기, 모양 등)의 설계에 더하여 2 차 입자 내에서 1 차 입자의 분산 상태를 변화시킴으로써 다양한 재료 설계가 달성 될 수있다[참조로 돌아 가기]

◆ 스프레이 열분해 방법

입자 합성 기술 중 하나 금속 요소가 용해되는 수성 질산 용액과 같은 수성 용액 (예 : 수성 질산 용액)에는 초음파 변속기 등이 스프레이되고, 수용액 액 적을 캐리어 가스를 사용하여 바카라 규칙 용광로로 운반하여 나노 입자를 지속적으로 합성합니다[참조로 돌아 가기]

◆ 재생 가능 에너지

태양 및 풍력과 같은 자연 에너지에 대한 일반적인 용어 반의어는 에너지를 고갈시키고 있습니다 (석유, 석탄, 천연 가스 등)[참조로 돌아 가기]

◆ 에너지 캐리어

에너지의 운반 및 저장을위한 운반체가 될 수있는 화학 물질 수소, 질소 화합물, 탄화수소, 무기 수소 등은 에너지 운반체로 사용될 수 있습니다[참조로 돌아 가기]

◆ 전해 열 중립 지점

바카라 규칙 분해의 흡열 반응의 균형을 유지하는 전압 (흡열 반응은 열이 필요하다)과 바카라 규칙 분해 셀의 내부 저항에 의해 생성 된 열 이론적으로, 열 공급 또는 열 제거는 필요하지 않으며, 100% 바카라 규칙 분해 (수소를 통한 물의 바카라 규칙 분해 효율)에서 에너지 변환이 이루어질 수있다[참조로 돌아 가기]