차세대 에너지원으로 주목받고 있는 고체산화물 연료전지의 성능을 획기적으로 높일 수 있는 기술이 개발됐다.
한국에너지기술연구원은 최윤석 박사가 한국과학기술원(KAIST) 정우철 교수, 부산대 박범경 교수 연구팀과 공동으로 4분 만에 고체산화물 연료전지의 성능을 3배로 높일 수 있는 촉매 코팅 기술을 개발했다고 12일 밝혔다.
연료전지는 수소를 활용해 전기를 생산하는 전지로, 이산화탄소를 배출하지 않아 친환경 에너지원으로 불린다. 그중 고체산화물 연료전지는 수소 이외에도 천연가스, 암모니아 등 다양한 연료로부터 전기에너지를 생산할 수 있는 데다 발전 효율도 높아 활발하게 연구되고 있다.
고체산화물 연료전지의 성능은 공기극(양극)에서 일어나는 산소환원반응에 의해 결정된다. 연료극(음극)에서 일어나는 반응에 비해 공기극의 반응 속도가 느리다는 한계 때문에 활성이 높은 공기극 소재를 개발하기 위한 연구가 시도되고 있지만, 아직은 화학적 안정성이 부족한 실정이다.
연구팀은 산업계에서 널리 사용되는 공기극 소재인 'LSM-YSZ 복합전극'(망간 기반 페로브스카이트 촉매(LSM)와 이트리아 안정화 지르코니아(YSZ)로 구성된 복합전극)의 표면에 ㎚(나노미터·10억분의 1ｍ) 크기의 프라세오디뮴 산화물 촉매를 코팅, 공기극의 산소환원반응을 촉진하는 데 성공했다.
복잡한 장비나 공정 없이도 전기화학 증착법(CLED·전기 화학적 반응을 이용해 금속을 전극 표면에 증착하는 방법)을 이용해 4분 만에 촉매 코팅이 가능하다고 연구팀은 설명했다.
개발된 촉매를 적용한 복합전극을 400시간 이상 구동한 결과 기존 복합전극에 비해 저항이 10배 이상 낮아졌다. 또 이를 적용한 연료전지는 650도의 낮은 온도(고체산화물 연료전지는 700도 이상에서 작동)에서도 기존 연료전지 대비 3배 높은 전력 생산 성능(418㎽/㎠)을 나타냈다. 학계에 보고된 LSM-YSZ 복합전극을 사용한 고체산화물 연료전지 성능 중 최고 수준이다.
최윤석 박사는 "이번에 개발한 촉매 코팅 기술은 기존 고체산화물 연료전지 제작 공정에 큰 영향을 주지 않는 후처리 공정으로 산업적 활용성이 높다"며 "고체산화물 연료전지뿐만 아니라 고온 수전해 기술 등 다양한 에너지 변환장치에 적용할 수 있을 것"이라고 말했다.
헬로티 이창현 기자 |
