5분 만에? 연료전지 전극 반응성 '1천배 향상'
5분 만에? 연료전지 전극 반응성 '1천배 향상'
  • 송승현
  • 승인 2018.07.10 20:45
  • 조회수 1310
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KAIST 신소재공학과 정우철 교수 연구팀이 5분 이내의 산화물 코팅만으로 연료전지의 수명과 성능을 획기적으로 향상시킬 수 있는 전극 코팅 기술을 개발했습니다. 서한길 박사과정이 1저자로 참여한 이번 연구는 국제 학술지 <Advanced Energy Materials>에 7월 5일자 표지 논문으로 게재됐습니다.

 

표지 논문으로 선정. 출처: KAIST

연료전지는 대기오염 물질을 배출하지 않는 친환경 발전장치입니다. 특히 고체산화물 연료전지는 다른 연료전지에 비해 발전효율이 높고 값비싼 수소 이외에 다양한 연료를 직접 사용할 수 있다는 장점을 가져 세계적으로 큰 주목을 받고 있습니다.

 

하지만 고체산화물 연료전지를 구동하기 위해서는 700℃ 이상 높은 작동온도가 필요합니다. 이는 소재 및 시스템 비용의 증가, 장시간 구동 시 성능 저하 등의 문제를 일으켜 연료전지의 상용화에 걸림돌이 되고 있죠.

 

최근에는 박막 공정을 도입해 전해질의 두께를 수백 나노미터 크기로 줄임으로써 작동온도를 600℃ 이하로 크게 낮추고 가격 경쟁력을 확보하려는 박막형 고체산화물연료전지가 새로운 해결책으로 제시됐습니다. 하지만 낮은 작동온도에서 급격히 떨어지는 전극 성능의 한계를 극복하지 못하고 있습니다.

 

연구팀은 공기극으로 사용되는 백금 박막의 산소환원반응 활성점을 극대화하고, 백금 전극이 고온에서 응집되는 현상을 막기 위해 산화물 코팅 기술을 개발했습니다. 이들은 전자와 산소이온 모두에 대한 높은 전도성과 산소환원 반응에 대한 뛰어난 촉매 특성을 가진 프라세오디뮴이 도핑된 세리아((Pr,Ce)O2-δ)라는 새로운 코팅 소재를 전기화학도금을 통해 백금 표면에 코팅하는 데 성공했습니다. 이를 통해 기존 백금 박막 전극에 비해 1천 배 이상의 성능을 향상시킬 수 있었죠.

 

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

추가적으로 연구팀은 백금을 전혀 사용하지 않고 (Pr,Ce)O2-δ의 나노구조화를 제어하는 것만으로도 고성능의 박막형 고체산화물연료전지 공기극을 구현하는데 성공했다고 합니다.

 

정우철 교수, 서한길 박사과정. 출처: KAIST

정 교수는 "이번 연구에 사용된 전극 코팅 기술은 쉽고 대량생산이 가능한 전기화학도금을 활용했기 때문에 그 기술적 가치가 매우 뛰어나다"며 "향후 박막형 고체산화물연료전지의 백금 전극을 대체할 수 있어 가격 저감을 통한 시장경쟁력 제고가 기대된다"고 말했습니다.



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