세라믹 연료전지 성능이 100배 올라갔다

KAIST-홍익대, 연료전지용 만능 전극 개발
기존 전극 100시간 대비 700시간 이상 견뎌내

한국과학기술원(KAIST) 정우철·이강택 교수팀과 홍익대 김준혁 교수팀이 개발한 연료전지용 전극은 수소를 전기로, 전기를 수소로 만드는 전지의 4가지 전극 모두 사용할 수 있다. KAIST 제공

[파이낸셜뉴스] 한국과학기술원(KAIST) 정우철·이강택 교수팀과 홍익대 김준혁 교수팀이 수소로 전기를 만들어내는 세라믹 연료전지의 전극을 700시간 이상 견딜 수 있게 만들었다. 이 전극 소재는 산소 이온 전도성 고체산화물 연료전지(SOFC)와 프로토닉 세라믹 연료전지(PCFC) 모두에서 사용할 수 있다.

정우철 교수는 9일 "연료전지의 문제점을 해결하기 위해서 완전히 새로운 소재를 개발해야 한다는 틀을 깨고 기존에 주목받지 못했던 소재의 결정구조를 잘 제어하면 고성능 연료전지를 개발할 수 있다는 아이디어를 제시했다"고 말했다. 또 이강택 교수는 "하나의 소자에만 응용되었던 기존 소재들에 비해 총 4가지 소자에 모두 적용될 수 있는 유연성을 가지고 있어 추후 연료전지, 물 분해 수소 생산 장치 등 친환경 에너지기술 상용화에 기여할 것"이라고 말했다.

연료전지는 수소로 전기를, 전기로 수소를 만들어낸다.

연료전지에 들어가는 전극 부품들은 수소전기차, 수소 충전소, 발전 시스템 등에 활용할 수 있다. 하지만 지금까지 여기에 사용하는 부품들은 연료전지 작동온도가 낮아짐에 따라 반응속도가 느려져 부품 효율이 크게 떨어졌다.

연구진은 매우 불안정한 결정구조를 갖고 있는 페로브스카이스 산화물에 'Ta5+'라는 높은 원자가 이온을 첨가했다. 이를 통해 결정구조가 안정화 되면서 촉매 활성도가 100배 이상 향상됐다.

이 전극 소재는 SOFC와 PCFC의 전력·수소 생산 등 총 4가지 부품에 모두 적용할 수 있다. 또한 해당 부품들의 효율이 현재까지 보고된 소자 중 가장 우수하고 기존 100시간 운전에도 열화되던 소재에 비해 700시간 이상 장기간 구동에도 안정적이었다.

한편, 연구진은 이번에 개발한 연료전지 전극을 재료·화학 분야의 세계적 권위지인 영국 왕립학회 '에너지 & 인바이런멘탈 사이언스(Energy & Environmental Science)'에 발표했다.

[e-mail] 김만기 기자