나노기술 및 정책 정보

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● 일본 토호쿠대학교 Hitoshi Takamura 연구원, 연구진은 8만 기압의 고압 하에 있어 기존의 약 10배의 양성자를 함유하면서 450~500℃에서 10-2S/cm의 높은 양성자 전도성을 나타내는 Ba-Sc계 산화물을 합성하는 데 성공

● 양성자(H+) 전도체는 연료 전지와 수증기 전해에 의한 수소 제조에 필수 재료이지만, 고체 중에 도입 할 수 있는 양성자의 양은 제한적인데, 연구진은 도핑에 의존하지 않고 다량의 양성자를 산화물에 도입하기 위해 고압 합성법을 통해 Ba-Sc계 산화물을 대상으로 1200℃, 8만 기압의 조건에서 기존의 약 10배의 양성자를 함유하는 산화물을 합성하는 데 성공

● 합성된 양성자 전도체의 화학식은 BaSc0.67O(OH)2이며, Sc의 1/3이 결손되기 때문에 Sc 공공 및 전기적 중성을 유지하도록 다량의 양성자가 도입되는 것을 확인

● 제 1원리 계산에서는 공공 위치 주변의 산소와 결합하는 양성자가 공공 위치 쪽으로 향하는 특이한 형태로 배위하고, 인접한 Sc 공공 위치에 쉽게 확산되었고, 본 재료는 실용될 것으로 예상되는 450~500℃ 중온도 영역에 있어 10-2Scm로 충분히 높은 양성자 전도성을 나타내는 것으로 확인

● 다량의 양성자는 금속 이온의 결손에 의해 도입되기 때문에 기존의 양성자 전도체에 필수였던 이종 금속의 도핑을 필요로 하지 않는다는 장점 보유

● 해당 연구 성과는 양성자 전도체뿐만 아니라 전고체 전지용 이온 전도체 등의 재료 설계에 새로운 지침을 줄 것으로 기대

※ Chemistry of Materials 게재(2021.07.28.), "Protonation-induced B-site deficiency in perovskite-type oxides: Fully hydrated BaSc0.67O(OH)2 as a proton conductor"