운전 조건에 따른 고온 전기 분해조 수소극 성능에 대한 연구

Abstract

본 연구에서는 고온 전기 분해조의 운전 조건에 따른 성능 변화에 대한 연구가 수행되었다. 고온 전기 분해조에서 수소극 운전 조건은 수증기와 수소의 혼합물로 이루어져 있으며 산화 분위기를 막기 위하여 수소가 첨가 된다. 따라서 적정 운전 조건을 도출 하기 위하여 수증기와 수소의 비율을 달리 하면서 수소극에 어떠한 성능 변화가 일어나는지 한 시점 및 시간에 따른 성능 변화를 관찰 하였다. 수소가 첨가 되지 않은 조건에 대하여 한 시점 및 시간에 따른 성능 모두 성능의 감소를 나타내었으며 이는 산화 분위기 형성으로 인한 Ni/YSZ 촉매의 반응성 저하 때문으로 추측된다. 수증기는 반응물로 작용하기 때문에 낮은 분압을 형성할 경우 낮은 성능을 야기 시킬 수 있으나 너무 높은 경우에도 수소극의 산화 문제를 발생 시킬 수 있다. 시간에 따른 성능 관점에서는 전기분해를 하기 위해 인가되는 전기 에너지가 산화분위기의 Ni을 반복적으로 산화 환원 시킬 수 있다. Ni의 반복적인 산화 환원은 40~70%의 심각한 부피 팽창 및 수축을 야기 시키므로 구조적인 결함을 발생시키고 전극의 급격한 성능 감소를 유도하는 것으로 판단된다. 따라서 본 현상을 막기 위해 귀금속 계열 촉매인 백금 촉매를 통한 실험이 수행 되었으며 산화 환원 반응으로 인한 구조적 손상이 관찰 되지 않았다. 이를 통하여 수소가 첨가 되지 않은 수증기 환경에 대한 타당한 고온 전기 분해조 시스템 제안이 수반되었으며 수식을 통하여 검증 하였다.