(대전=뉴스1) 김태진 기자 = 국내 연구진이 차세대 연료전지용 초고성능 ‘만능 전극’을 개발했다.
이 만능 전극은 연료전지에 적용할 수 있고 기존 대비 700시간 구동에도 끄떡없다.
한국과학기술원(KAIST)은 신소재공학과 정우철 교수, 기계공학과 이강택 교수, 홍익대 김준혁 교수 공동연구팀이 산소 이온 및 프로톤 전도성 고체산화물 연료전지에 모두 적용 가능한 전극 소재를 개발했다고 9일 밝혔다.
연료전지는 청정에너지원인 수소를 이용해 고효율로 전력을 생산하는 장치로, 앞으로 다가올 수소 사회에서 중요한 역할을 하는 기술로 꼽힌다.
연료전지는 전해질로 이동하는 이온의 종류에 따라 산소 이온 전도성 고체산화물 연료전지(SOFC)와 프로토닉 세라믹 연료전지(PCFC)로 구분된다.
이러한 두 형태에 대해 모두 전력과 수소 간의 변환이 가능하므로 총 네 가지 소자로 구분할 수 있다.
하지만 이러한 소자들은 구동 온도가 낮아짐에 따라 가장 느린 전극 반응의 속도가 저하돼 소자의 효율이 크게 떨어지는 고질적인 문제가 있다.
연구팀은 이 문제해결을 위해 그동안 주목받지 못했던 페로브스카이트 산화물 소재에 높은 원자가 이온(Ta5+)을 도핑해 매우 불안정한 결정구조를 안정화하는 데 성공했고, 이를 통해 촉매 활성도가 100배 이상 향상됨을 확인했다.
연구팀이 개발한 전극 소재는 SOFC와 PCFC의 전력 생산 및 수소 생산 총 4가지 소자에 모두 적용됐고, 소자들의 효율이 현재까지 보고된 소자 중 가장 우수하다.
또 기존 100시간 운전에도 열화되던 소재에 비해 장기간(700시간) 구동에도 안정적으로 구동, 우수성을 입증했다.
정우철 교수는 “기존 문제점을 해결하기 위해 완전히 새로운 소재를 개발해야 한다는 틀을 깨고 기존에 주목받지 못했던 소재의 결정구조를 잘 제어하면 고성능 연료전지를 개발할 수 있다는 아이디어를 제시한 의미 있는 결과"라고 말했다.
이강택 교수는 “하나의 소자에만 응용됐던 기존 소재들에 비해 총 4가지 소자에 모두 적용될 수 있는 유연성을 가지고 있어 추후 연료전지, 물 분해 수소 생산 장치 등 친환경 에너지기술 상용화에 크게 기여할 것으로 기대된다”고 했다.
KAIST 김동연·안세종 박사과정 학생, 홍익대 김준혁 교수가 공동 제1 저자로 참여한 이번 연구는 과학기술정보통신부 원천기술개발사업 그리고 나노 및 소재 기술개발사업의 지원으로 수행됐다.
연구 결과는 재료·화학 분야의 세계적 권위지인 영국 왕립학회 ‘에너지 & 인바이런멘탈 사이언스(Energy & Environmental Science) 온라인 판에 지난달 12일 게재됐다.
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