[더테크=조명의 기자] 차세대 연료전지에 모두 사용할 수 있고 하고 장시간 사용해도 문제없는 전극 소재가 개발됐다. 

한국과학기술원(KAIST)는 신소재공학과 정우철, 기계공학과 이강택 교수와 홍익대학교 김준혁 교수 공동 연구팀이 산소 이온 및 프로톤 전도성 고체산화물 연료전지에 모두 적용 가능한 전극 소재 개발에 성공했다고 9일 밝혔다. 

세라믹 연료전지는 전해질로 이동하는 이온의 종류에 따라 산소 이온 전도성 고체산화물 연료전지(SOFC)와 프로토닉 세라믹 연료전지(PCFC) 2가지로 나뉜다. 두 형태에 대해 모두 전력과 수소 간의 변환이 가능하므로 총 4가지 소자로 구분될 수 있다. 해당 소자들은 수소전기차, 수소 충전소, 발전 시스템 등에 활용할 수 있는 기술이다. 

그러나 이러한 소자들은 구동 온도가 낮아짐에 따라 가장 느린 전극 반응의 속도가 저하돼 효율이 크게 떨어지는 문제점이 있었다. 

연구팀은 이러한 문제점을 해결하기 위해 페로브스카이트 산화물 소재에 높은 원자가 이온(Ta5+)을 도핑해 매우 불안정한 결정구조를 안정화시켜 촉매 활성도가 100배 이상 향상됨을 확인했다. 

연구팀이 개발한 전극 소재는 세라믹 연료전지의 4가지 소자에 모두 적용 가능하고, 현재까지 보고된 소자 중 효율이 가장 뛰어날 뿐 아니라 기존 100시간 운전에도 열화됐던 것과 달리 장기간(700시간) 구동에도 안정성을 유지했다. 

정우철 교수는 “문제점을 해결하기 위해서 완전히 새로운 소재를 개발해야 한다는 틀을 깨고 기존에 주목받지 못했던 소재의 결정구조를 잘 제어하면 고성능 연료전지를 개발할 수 있다는 아이디어를 제시한 의미있는 결과다”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”라고 전했다.

이번 연구결과는 재료·화학 분야의 세계적 권위지인 영국 왕립학회 ‘에너지 & 인바이런멘탈 사이언스’(IF : 32.5) 7월 12일자 온라인판에 게재됐다.