고체연료전지 성능 4배 올라갔다

[파이낸셜뉴스] 국내 연구진이 차세대 연료전지발전기에 쓰이는 연료전지의 성능향상 기술을 개발했다. 이 기술을 이용한 연료전지는 매우 적은 백금으로도 전기와 수소 생산 성능이 3~4배 향상됐다.

한국과학기술연구원(KIST)은 에너지소재연구단 윤경중 박사팀이 한양대학교 이윤정 교수와 공동연구로 고체산화물 연료전지용 단일원자 촉매를 개발했다고 13일 밝혔다.

이 촉매를 사용한 연료전지 실험 결과 700℃ 이상에서도 500시간 이상 안정적으로 작동했으며 전극 반응속도가 10배 이상 높아졌다.

고온에서도 연료전지 반응을 안정적으로 촉진시키는 물질을 원자 단위로 반응하도록 만들었다.

고체산화물 연료전지는 세라믹을 전류가 이동하는 전해질로 사용한다. 이 때문에 700℃ 이상의 고온에서 작동이 가능해 연료전지중 가장 높은 효율을 낼 수 있다. 또 전기 생산때 나오는 수증기를 분해해 다시 수소를 만들어 낼 수도 있다.

이 같은 이점에도 연료전지 촉매에 쓰이는 백금은 고온에서 쉽게 뭉쳐 효율이 떨어지며 제한된 매장량과 높은 가격도 단점이다.

연구진은 이 단점을 보완하기 위해 백금 원자와 세륨 산화물 나노입자를 강하게 결합시켰다. 백금 원자 하나하나가 세륨 산화물 나노입자의 표면에 약 1nm(10억분의 1ｍ) 간격으로 균일하게 분산시켰다.

이 기술은 모든 백금 원자가 반응에 원활하게 참여할 수 있게 된 것이 가장 큰 특징이다.

결국 백금의 사용량을 최소화하면서도 전극의 반응속도를 높인 것이다.

이번 연구결과는 '에너지 및 환경과학' 최신호에 게재됐다.

한편, '3차 전지'로 불리는 연료전지는 충전이 필요한 배터리(2차 전지)와 달리 수소와 산소의 화학 반응으로 직접 전기를 생산하는 친환경 발전 시스템이다. [e-mail] 김만기 기자