차세대 연료전지인 프로톤 세라믹 전지의 가격은 낮추고 성능은 높이는 전해질 합성법이 개발됐다.
한국과학기술연구원(KIST)은 수소에너지소재연구단 지호일 책임연구원 연구팀이 금오공대 최시혁 교수와 공동으로 프로톤 세라믹 전지 전해질의 소결 온도를 낮출 수 있는 새로운 합성법을 개발했다고 28일 밝혔다.
소결은 가루 형태 물질을 뭉쳐 녹는점보다 낮은 열을 가해 서로 엉겨 붙게 해 입자가 조밀한 소재로 만드는 공정이다. 고체산화물 연료전지 등의 전해질을 만드는 데 활용된다.
고체산화물 연료전지는 전해질과 전극 등 모든 구성요소를 세라믹 같은 금속산화물로 만든 것으로 전력 생산과 수소 생산이 동시에 가능하고 600도 이상 고온에서도 작동해 효율이 높은 게 장점이지만, 값이 비싸고 오랜 기간 쓰면 성능이 떨어지는 문제가 있었다.
이를 극복하기 위해 산소이온 대신 크기가 작은 수소이온(프로톤)으로 이온 전도도를 높인 프로톤 세라믹 전지가 대안으로 떠오르고 있으나, 전해질을 만드는 데 1천500도 이상 고온이 필요하고 이 과정에서 전해질 구성 물질이 빠져나오는 현상이 상용화에 걸림돌이었다.
연구팀은 전해질 소결 온도를 낮추기 위해 하나 화합물로 구성한 분말을 소결하는 대신 두 종류 화합물이 혼합된 분말을 제조하는 공정을 개발했다.
그 결과 기존 소결 공정에서 필요하지만, 전해질에선 불순물이 되는 첨가제 없이도 소결이 가능하고, 소결 온도도 1천400도로 낮아졌다.
이렇게 만든 전해질은 600도에서 배터리의 성능을 나타내는 출력밀도가 기존보다 2배 높은 ㎠당 950mW로 측정됐다고 연구팀은 설명했다.
지 책임연구원은 "대면적화 기술이 성공적으로 개발되면 전력 생산과 수전해를 통한 그린수소, 원자력 발전소의 폐열을 활용한 핑크수소 생산 기술로 활용해 에너지의 효율적인 관리가 가능해질 것"이라고 말했다.
연구결과는 지난 12일 국제학술지 '어드밴스트 에너지 머터리얼스'에 실렸다.
헬로티 김진희 기자 |
