편집부(외신) 연소 화학기상응축 기술은 고체산화물 연료전지에 사용하기 위해 정확하게 조절된 조성, 크기, 형태를 가진 나노입자의 제조를 가능하게 한다. 고체연료전지(SOFCs)는 70%까지 높은 이론적 효율과 낮은 발산을 가지며 열과 전기를 동시에 발생시키는 효과적이고 경제적인 방법이다. 그러나 SOFCs의 광범위한 상업화는 높은 작업온도(>800도)와 높은 시스템 비용에 의해 제한된다. SOFC 비용의 절감을 위한 방법의 하나는 다공성의 전극 지지대에 얇은 전해질 막(전형적으로 Y2O2로 안정화된 ZrO2(YSZ))을 사용함으로써 작업온도를 낮추는 것이다. SOFC의 작업 온도를 낮추기 위해서는 YSZ 전해질에 더 높은 산소 전도도를 가지는 대체물이 사용되어야 한다. 알맞은 대체물로는 나노구조화되고 도핑된 산화세륨(CeO2)이 있다. 나노 결정입계 지역이 조대 입자보다 더 큰 전도도를 가진다는 것이 밝혀져 왔다. 더 작은 입자 크기로 나타난 나노 결정 분말의 낮은 소결온도는 관찰된 입계 효과를 최대화하는 것으로 나타났다. SOFCs에 사용되는 CeO2 기초의 전해질이 가지는 문제점의 하나는 최대 밀도에서의 전형적인 소결이 1300~1600도의 온도가 필요하고, 지름이 수 마이크론에서 50마이크론의 범위를 가지는 입자 크기의 미세구조를 가지며 낮은 특성과 부족한 기계적 안정성을 가지는 재료를 발생시킨다는 것이다. 연소화학기상응축 공정 MCT는 시험 규모의 장치에서 0.1~1kg/h의 속도와 더 미세화된 장치에서 상당히 높은 속도로 나노 재료를 생산할 수 있는 NanoSpray 연소화학기상응축(CCVC)공정을 개발하였다. 이 과정들은 나노 미립자들을 합성하거나 얇은 필름을 형성하는데 사용되어 질 수 있다. 용융 연소 기술의 이점은 장비의 간단함, 복잡한 복합재료의 형성의 유용성, 증가된 생산속도 등이다. MCT는 현재 여러 가지 복잡하게 혼합된 금속산화물과 금속 나노 입자들의 SOFCs, 양자교환막(PEM) 연료전지, 건전지, 촉매제, 화학적-기계적 가공 시스템, 산소저장 장치, 화장품 및 특수 화학제품 등으로의 가능한 적용분야에 대해 개발하고 있다. NanoSpray CCVC 과정은 SOFC의 전해질로써 사용되어 왔던 20nm미만의 CeO2 나노분말과 도핑된 CeO2를 합성하는데 사용되었다. 사전의 결과는 제조된 나노 분말의 밀도화가 최소의 효과로 가능하다는 것을 의미한다. 이러한 결과는 완전 밀도를 얻기 위해서 나노 분말을 고온 압출과 높은 소결온도 그리고/또는 첨가제를 사용해야 한다고 지적했던 다른 연구원들의 보고서와는 반대로 나타난다. 이러한 방법은 더 고비용이고 추가적인 입자 성장을 가져와서 기초 물질로서 나노 분말을 사용하는 이점을 감소시키므로, CeO2의 뛰어난 전기화학적 특성에도 불구하고 SOFC에 대한 사용을 방해한다. 20nm 미만으로 합성된 나노 분말에서 시작하여, CeO2 고체 고형물의 전도도를 강화시키는 반면 소결 온도를 상당히 감소시켜서 추가적인 등압 성형 없이 조밀한 시료를 만든다. 이러한 시료로부터 제조된 전해질은 CeO2, Ce0.8Sm0.2O2(SDC)와 Ce0.8 Gd0.2O2(GDC)에서 보고된 가장 높은 전도도를 나타낸다. SOFCs에 사용된 나노 입자 원자화에 사용된 Nanomiser 장비와 나노분말의 제조에 사용된 NanoSpray CCVC 시스템이 별도로 자세하게 묘사되어 있다. NanoSpray 과정에서 화학 전구체를 포함하고 있는 용액이 원자화되었고 그 후에 초미세한 액적이 산화가스와 혼합되었고 확산 화염 스프레이를 발생시키기 위해 발화된다. CCVC 합성 화염에서 다른 방향으로 발생하는 일부의 경우는 작은 전구체 클리스터, 전구체 분해, 반응성 증기 중간생성물, 나노 입자를 형성하기 위해 기체상의 상호작용을 발생시키는 용제 기체화를 포함한다. 이러한 나노 입자들은 전기집진장치를 사용하여 모은다. 화염 구성과 연소 역학은 Nanomiser 장비에 의해 완전한 연소와 비휘발성 산화물 혹은 안정된 금속의 수집을 확실히 하는 것을 가능하게 한다. CCVC로 생산된 나노 분말 시료는 X선회절(XRD), 투과형 전자현미경(TEM), 비표면적(BET), X선 광전자 분광법(XPS) 측정법을 사용하여 특성화 되었다. 합성된 나노 분말은 추가의 과정 없이 밀집하게 압축된다. 원래의 나노 분말은 이론적 밀도인 ~45%의 성형 밀도를 가지는 펠릿을 제조하기 위해 단축으로 압축된다. CeO2와 도핑된 CeO2 나노 분말의 TEM 현미경 사진은 3~50nm의 조절 가능한 입자크기를 가지는 CCVC 합성된 나노 분말에 경한 응집물이 현저히 줄어든다는 것을 나타낸다. BET 측정은 CeO2, Ce0.8Sm0.2O2와 Ce0.8Gd0.2O2나노 분말의 평균 표면적이 각각 206, 198,175m2/g임을 나타낸다. 도핑된 CeO2와 도핑되지 않은 CeO2의 소결 능력이 조사되었다. 이 연구에서 보고된 나노 분말이 2시간 동안 1150도에서 소결된 후의 밀도는 99%이상이다. 이것은 일반적으로 사용되는 소결온도 보다 상당히 낮은 소결 온도이다. CCVC 제조된 나노 분말은 첨가제 없이 줄어든 소결온도를 나타낸다. 소결된 팰릿의 입자 크기는 시작 입자 크기와 도핑제에 의해 영향을 받는 것으로 나타난다. 가장 작은 입자는 사마륨으로 도핑된 시료에서 관찰된다. CeO2, Ce0.8Sm0.2O2와 Ce0.8Gd0.2O2 시료는 나노 구조를 유지하고 두 가지 온도에서 모두 완전 충진된 밀도를 나타낸다. 8mol% Gd2O3를 포함하고 2시간동안 1150도에서 소결된 펠릿의 절단면이 연구되었다. 얇은 전해질은 어떠한 표면 변형과 수축 없이 형성한다. 연마 전에 전해질의 두께는 0.6mm 미만이다. 연마로 ~0.45mm의 최종 두께를 얻는다. 이 시료의 확대된 절단면으로 내부 기공의 없음을 알 수 잇다. 반대로, 사마륨 도핑된 시료(8mol% Sm2O3)는 표면 검사로 완전히 충진된 밀도를 나타낸다. 그러나 절단면의 상으로 낮은 비율의 내부 기공이 존재함을 볼 수 있다. 입자 크기가 매우 미세하기 때문에 더 강한 사전 압축, 더 긴 소결 시간 또는 더 높은 소결온도가 사마륨 도핑된 시료를 완전히 충진된 밀도를 가지도록 할 것이라고 예상된다. 아레니우스 도표가 1150도와 1100도에서 소결되어진, 도핑된 CeO2와 도핑되지 않은 CeO2 전해질의 전도도에 대하여 작업시간의 함수로 나타내어졌다. Ce0.8Sm0.2O2와 Ce0.8Gd0.2O2의 소결온도 차이는 전도도 자료에 중요한 차이를 나타내지는 않는다. 800도에서, 교차하는 전류 임피던스의 측정으로 SDC와 GDC 팰릿이 각각 8S/m 및 10S/m 이상의 전도도를 가지는 것을 알 수 있다. 이 결과들로 소결 조건의 변경이 도핑제 분리의 크기가 변경됨에 따라 격자내의 전도도에서 큰 변화를 가져온다는 것을 알 수 있다. 측정된 전도도는 500도에서 두 도핑제 모두에서 높았고, 그러므로 20nm이하의 나노 분말에서 추출된 CeO2기초의 전해질을 사용하여 500도에서 SOFC의 작업이 가능하다. 50도 더 낮은 온도에서 소결된 CeO2 시료는 높은 온도에서 소결된 시료와 비교되는 전도도를 나타냈다. 도핑된 CeO2는 두 소결 온도 모두에서 비슷하게 행동한다. 결함과 전도도 사이의 관계를 조사하고 9~11mol%의 가돌리늄과 사마륨 산화 도핑제에서 전해질의 조성을 최적화하는 것에 대한 연구가 최근에 이루어지고 있다. Cu-SmCeO2, Sm0.5Sr.5CoO3, Ni-SmCeO2 전극 나노 분말이 제조되었고 YSZ와 SDC 기질 상에 스크린에 인쇄되었다. CCVC가 기존의 세라믹 제조, 스프레이 열분해, 졸-겔 기술에 대한 대체가 가능하다는 것을 나타내기위해 결과적으로 나타나는 전극이 더 낮은 소결온도에서 소결되었다. 최근의 연구에서 연소화학기상증착(CCVD)이 YSZ 전해질 기질에 직접 나노 구조된 전극을 증착시키는 데에 사용되었고 최근의 연구에서 Cu-SmCeO2 전극이 YSZ 전극에 직접 증착 되었다. CCVD를 사용하여 만들어진 양극과 음극의 원주형 전극은 추가적인 소결이 필요하지 않고, 50%의 기공을 가지고 10㎛ 두께의 전극의 증착에 필요한 시간은 10분 이하이다. (Ceramic Bulletin)