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국내 연구진이 고체산화물연료전지(SOFC) 성능을 2배 이상 향상시키는 기술을 개발했다.
한국에너지기술연구원은 연료전지연구실 이승복 박사, 송락현 박사 연구진이 SOFC의 성능을 향상시킬 수 있는 초음파분산 습식침투법 공정 기술을 개발했다고 밝혔다.
SOFC 시스템의 성능을 결정하는 중요한 요소는 연료극, 전해질, 공기극으로 구성된 단위전지이며 공기극의 느린 산소환원반응은 SOFC 단위전지의 성능을 감소시키는 가장 주요한 원인으로 지적되고 있다.
연구진이 개발한 초음파분산 습식침투 공정은 미세한 떨림으로 첨가하는 액체 방울의 크기를 마이크로미터 단위로 감소시킬 수 있는 초음파장치를 이용해 정량의 균일한 촉매층을 도포시킬 수 있다.
연구진은 초음파분산 습식침투 공정을 통해 기존 SOFC 공기극 물질인 란탄‧스트론튬‧코발트‧페라이트(LSCF)층 위에 산소환원반응 성능은 우수하지만 SOFC 전해질과의 열팽창계수 차이 때문에 공기극 소재로 활용하지 못하던 SSC 페로브스카이트 산화물을 촉매물질로 첨가했다.
초음파 습식침투로 LSCF층 위에 성장한 SSC 나노촉매층을 확인했고 기존 LSCF·GDC 복합체 공기극을 사용했을 때에 비해 성능이 약 2.3배 이상 향상된 것을 확인했다.
투과전자현미경 분석을 통해서는 SSC 나노촉매층이 LSCF 공기극 위에 동일 결정구조로 성장한 것도 확인한 것으로 알려졌다.
동일 결정구조로 성장한 SSC 나노촉매층은 입자성장이 억제될 뿐만 아니라 LSCF와 우수한 접착력을 통해 장기 내구성에서 우수함을 나타내고 있다.
이승복 박사는 “초음파 분산 습식침투법은 SOFC 셀 대면적화에 용이하고 신규개발 셀 뿐만 아니라 기존 제작된 셀에 새로운 나노 촉매 기능층을 형성할 수 있는 상용화에 적합한 기술”이라고 강조했다.
연구 결과는 국제학술지 Journal of Materials Chemistry A에 게재됐다. (K)