화학뉴스

국내 연구진이 수소 대신 천연가스를 직접 연료로 사용할 수 있는 새로운 연료전지 전극 소재를 개발했다.
울산과학기술대(UNIST) 에너지 및 화학공학부 김건태 교수팀은 천연가스, LPG(액화석유가스) 등 기존 탄화수소계 연료를 직접 사용할 수 있는 고체산화물 연료전지(SOFC)용 전극 소재를 개발했다고 12월29일 발표했다.
연구팀이 개발한 연료전극 소재는 프로판가스를 직접 연료로 사용해 700℃ 환경에서 1.3W의 전력을 생산하며 기존 전극에 비해 성능이 2배 이상 개선됐다. 수소를 연료로 사용하면 850℃에서 전력 1.7W를 생산할 수 있는 것으로 나타났다.
SOFC는 탄화수소를 연료로 사용하면 이산화탄소(CO2)가 발생하지만 에너지 전환효율이 90% 이상으로 화력발전 30-35%에 비해 2배 이상 뛰어난 장점이 있다.
그러나 탄화수소를 직접 연료로 사용하면 그을음처럼 탄소가 전극에 쌓이고 황화합물이 전극 표면을 덮어 전극 효율이 급격히 떨어지는 문제가 있었다.
연구팀은 기존 전극 소재로 사용하던 페로브스카이트라는 물질을 2중층 구조로 바꾸는 기술을 개발해 탄화수소를 직접 연료로 사용할 때 전극 성능이 떨어지는 문제를 해결했다.
2중층 구조를 적용한 연료전지에 프로판가스를 연료로 공급하면서 700℃에서 500시간 가동한 결과 전극에 탄소가 쌓이는 현상이 일어나지 않았으며 생산되는 전기의 전압도 유지되는 것으로 나타났다.
연구팀 김건태 교수는 “기존 연료전극 소재들은 초기에 우수한 성능을 보이더라도 안정성이 낮아 탄화수소 연료를 직접 사용할 때 안정적인 작동이 불가능했다”며 “새로운 연료전극 소재는 프로판 가스를 직접 사용함으로써 SOFC 제조원가를 5000억원 이상 절감해 연료전지 상용화를 주도할 것”이라고 강조했다.
연구결과는 재료과학분야 국제학술지 Nature Materials의 12월29일자에 게재됐다.