중간 및 저온에서 양성자 전도체의 전도성과 안정성을 향상시키는 혁신적인 접근 방식이 Tokyo Institute of Technology의 과학자들에 의해 발견되었습니다. 연구진은 일반적으로 사용되는 억셉터 도핑 방법 대신 무질서한 고유 산소 공극을 갖는 모물질을 도너 도핑함으로써 페로브스카이트형 양성자 전도체의 양성자 전도성과 안정성을 크게 향상시킬 수 있었다. 이 획기적인 발전은 연료 전지와 전기분해 전지 설계에 새로운 가능성을 열어줍니다.
양성자 세라믹(또는 양성자 전도성) 연료/전기분해 전지(PCFC/PCEC)는 지속 가능한 에너지 기술로 주목을 받고 있습니다. 이러한 장치는 저온 또는 중간 온도에서 방출이 전혀 없는 화학 에너지를 전기로 변환하거나 그 반대로 변환하는 기능을 갖추고 있습니다. 이는 다양한 응용 분야에서 효율적인 전원 역할을 할 수 있는 잠재력을 가지고 있습니다. 다른 유형의 연료 전지 및 전해조와 달리 PCFC/PCEC는 귀금속 촉매나 고가의 합금에 의존하지 않으므로 비용 효율성이 더 높습니다.
지금까지 높은 전도성과 중저온에서 높은 안정성을 동시에 갖춘 양성자 전도체는 보고된 바 없다. "Norby gap"으로 알려진 이러한 제한은 수년 동안 과학자들에게 과제였습니다. 그러나 Masatomo Yashima 교수와 Tokyo Tech의 그의 팀은 이러한 격차를 극복하기 위한 새로운 전략을 개발했습니다.
결정 격자에 산소 결손을 생성하기 위해 불순물을 도입하는 억셉터 도핑을 사용하는 대신, 연구진은 도너 도핑에 중점을 두었습니다. 모재를 도너 도펀트로 도핑함으로써 억셉터 도핑에서 발생하는 양성자 포획 효과를 줄일 수 있었다. 이로 인해 양성자 전도가 높아지고 안정성이 향상되었습니다.
고급 시뮬레이션 기술을 사용한 팀의 실험과 이론적 분석을 통해 도너 도핑된 물질이 중간 및 저온에서 뛰어난 양성자 전도성을 나타냄을 보여주었습니다. 또한 다양한 분위기에서도 높은 안정성을 보여 실용화에 유망한 후보가 됐다.
이 발견은 전례 없는 성능을 갖춘 PCFC/PCEC용 양성자 전도체 개발의 새로운 가능성을 열어줍니다. 연구진이 제안한 전략과 새로운 물질의 발견은 에너지 및 환경 과학 기술 분야에 중대한 영향을 미칠 수 있는 잠재력을 가지고 있습니다.
FAQ :
Q: 기증자 도핑이란 무엇인가요?
A: 도너 도핑에는 도펀트를 재료에 통합하여 전기 전도도를 높이거나 특성을 변경하는 작업이 포함됩니다.
Q: 억셉터 도핑이란 무엇인가요?
A: 억셉터 도핑은 재료에 불순물을 도입하여 산소 결손을 생성하고 전도성을 향상시키는 데 사용되는 방법입니다.
Q: 양성자 전도체란 무엇입니까?
A: 양성자 전도체는 양성자를 운반할 수 있는 물질로, 연료 전지와 전기분해 전지에서 화학 에너지를 전기로 변환하거나 그 반대로 변환할 수 있습니다.
Q: '노비 갭'이란 무엇인가요?
A: '노비 갭'은 양성자 전도체에 중·저온에서 높은 전도성과 안정성을 나타내는 물질이 부족하다는 뜻이다. 이는 해당 분야의 과학자들에게는 도전이었습니다.