화학뉴스

국내 연구진이 차세대 연료전지용 초고성능 만능전극을 개발했다.
한국과학기술원(KAIST) 신소재공학과 정우철 교수, 기계공학과 이강택 교수, 홍익대 김준혁 교수 공동연구팀은 산소 이온 및 프로톤 전도성 고체산화물 연료전지에 모두 적용 가능한 전극 소재 개발에 성공했다.
연료전지는 청정 에너지원인 수소를 이용해 고효율로 전력을 생산하는 장치이며 전해질로 이동하는 이온 종류에 따라 산소 이온 전도성 고체산화물 연료전지(SOFC)와 프로토닉 세라믹 연료전지(PCFC)로 구분한다.
또 2개 형태에 대해 모두 전력과 수소 간의 변환이 가능하므로 총 4가지 소자로 구분할 수 있으나 소자들은 구동 온도가 낮아짐에 따라 가장 느린 전극 반응의 속도가 저하돼 효율이 크게 떨어지는 문제가 있다.
연구팀은 문제 해결을 위해 페로브스카이트(Perovskite) 산화물 소재에 높은 원자가 이온(Ta5+)을 도핑해 매우 불안정한 결정구조 안정화에 성공했고 촉매 활성도가 100배 이상 향상됨을 확인했다.
연구팀이 개발한 전극 소재는 SOFC, PCFC의 전력 생산 및 수소 생산 총 4가지 소자에 모두 적용됐으며 소자 효율이 현재까지 보고된 가운데 가장 우수할 뿐만 아니라 100시간 가동에도 열화되던 기존 소재에 비해 700시간으로 장기간 구동해도 안정적으로 구동되는 등 우수성을 입증했다.
정우철 교수는 “기존 문제점을 해결하기 위해 완전히 새로운 소재를 개발해야 한다는 틀을 깨고 주목받지 못했던 소재의 결정구조를 잘 제어하면 고성능 연료전지를 개발할 수 있다는 아이디어를 제시한 의미 있는 결과”라고 강조했다.
이강택 교수는 “하나의 소자에만 응용됐던 기존 소재들에 비해 총 4가지 소자에 모두 적용될 수 있는 유연성을 가지고 있어 연료전지, 물 분해 수소 생산장치 등 친환경 에너지 기술 상용화에 크게 기여할 것으로 기대된다”고 덧붙였다.
KAIST 김동연·안세종 박사과정 학생, 홍익대 김준혁 교수가 공동 제1저자로 참여한 연구는 과학기술정보통신부 원천기술 개발 사업과 나노 및 소재 기술 개발사업 지원으로 수행됐고 소재·화학 분야의 세계적 권위지인 영국 왕립학회 Energy & Environmental Science 온라인 판에 7월12일 게재됐다. (강)