한국과학기술원(KAIST) 신소재공학과 정우철(왼쪽) 교수 연구팀과 제1저자로 참여한 서한길 박사과정. KAIST 제공

5분 이내의 산화물 코팅만으로 연료전지의 수명·성능을 획기적으로 향상시키는 전극 코팅 기술이 개발됐다.

9일 한국과학기술원(KAIST)에 따르면 신소재공학과 정우철 교수 연구팀이 수행, 서한길 박사과정이 1저자로 참여한 이번 연구는 국제 학술지 ‘어드밴스드 에너지 머티리얼즈(Advanced Energy Materials)’ 5일자 표지 논문에 게재됐다.

논문명은 ‘박막 고체산화물연료전지용(Pr,Ce)O2-δ 기반 공기극의 향상된 전극 활성(Exceptionally Enhanced Electrode Activity of (Pr,Ce)O2-δ-Based Cathodes for Thin-Film Solid Oxide Fuel Cells)’이다.

고체산화물 연료전지는 다른 연료전지에 비해 발전효율이 높고 값 비싼 수소 외에도 다양한 연료를 직접 사용할 수 있다는 장점을 갖고 있다.

하지만 고체산화물 연료전지를 구동하기 위해서는 700도 이상의 높은 작동온도가 필요한 탓에 비용이 커지고, 장시간 구동 시 성능이 저하되는 것과 같은 문제로 상용화에 어려움을 겪고 있다.

연구팀은 공기극으로 사용되는 백금 박막의 산소환원반응 활성점을 극대화하고, 백금 전극이 고온에서 응집되는 현상을 막기 위해 산화물 코팅 기술을 개발했다.

특히 전자와 산소이온 모두에게 높은 전도성을 갖고 산소환원 반응도 뛰어난 촉매 특성을 가진 ‘프라세오디뮴이 도핑된 세리아((Pr,Ce)O2-δ)’라는 새로운 코팅 소재를 백금 표면에 코팅하는 데 성공했다. 이를 통해 기존 백금 박막 전극에 비해 1000배 이상으로 성능을 향상시켰다.

연구팀은 이와 함께 백금을 전혀 사용하지 않고 (Pr,Ce)O2-δ의 나노구조화를 제어해 고성능의 박막형 고체산화물연료전지 공기극을 구현하는 것에도 성공했다.

정 교수는 “이번 연구에서 사용된 전극 코팅 기술은 쉽고 대량생산이 가능한 전기화학도금을 활용했기 때문에 기술적 가치가 매우 뛰어나다”며 “향후 박막형 고체산화물연료전지의 백금 전극을 대체할 수 있는 만큼 가격 저감을 통한 시장경쟁력을 확보할 수 있을 것”이라고 말했다.

한편 이번 연구는 한국에너지기술평가원과 한국전력공사의 지원을 받아 수행됐다.

코팅된 (Pr,Ce)O2-δ 나노구조체 유무에 따른 전극성능 변화 모습. KAIST 제공

대전=전희진 기자 heejin@kmib.co.kr
트위터페이스북구글플러스