차세대 고체산화물 연료전지, `성능 2배 높이고, 수명 늘리고`

명재하 인천대 교수팀, 나노크기 지능형 촉매 개발
금속 나노입자 고르게 성장시켜 반응면적 확대

명재하 인천대 교수는 차세대 고체산화물 연료전지의 성능을 2배 이상 높일 수 있는 나노미터 크기의 지능형 촉매를 개발했다.

국내 연구진이 고체산화물 연료전지의 성능과 수명을 2배 이상 높이는 나노미터 크기의 새로운 촉매를 개발했다. 이 촉매를 적용하면 연료전지뿐 아니라 물을 이용해 수소를 생산하는 수전해 전지, 차세대 이차전지 등의 성능과 안정성을 향상시키는 데 활용할 수 있다.

한국연구재단은 명재하 인천대 교수 연구팀이 나노미터 크기의 금속 입자를 산화물 표면 위에 고르게 용출시켜 고체산화물 연료전지의 성능을 높이는 지능형 촉매를 개발했다고 16일 밝혔다.

연료전지는 수소와 산소의 산화·환원 반응 과정에서 전력과 열을 생산하는 배터리다. 이 가운데 고체산화물 연료전지(SOFC)은 현존하는 연료전지 중 효율이 가장 높다. 현재 연료전지 효율을 높이기 위해 촉매 반응성을 높이는 나노입자에 대한 연구가 활발하다. 특히 환원 시 산화물의 상분리를 제어해 금속 나노입자를 산화물 표면에 고르게 성장시키는 용출 기술은 나노입자의 크기와 수, 형상을 제어하는 기술이 가장 핵심이다.

연구팀은 자가성장 기술을 활용해 소량의 금속 사용으로 나노크기의 금속 입자가 산화물 표면에 균일하게 성장하도록 유도하는 나노크기의 지능형 촉매를 개발했다. 이 촉매는 특유의 소켓 구조로 구성돼 높은 온도에서 뛰어난 내구성을 지닌다.

연구팀은 지능형 촉매를 적용해 자체 개발한 연료전지가 촉매를 쓰지 않은 연료전지에 비해 2배 이상 높은 최대출력밀도를 나타내는 것을 확인했다. 또 200시간 이상 장기 내구성 평가에서도 뚜렷한 열화 없이 안정적인 성능을 유지했다.

명재하 교수는 "나노촉매의 성능과 안정성을 동시에 확보할 수 있어 다양한 에너지 변환 기술에 적용할 수 있을 것"이라고 말했다.

이 연구결과는 재료분야 국제 학술지 '어드밴스드 머티리얼즈(지난 1월 24일자)'에 실렸다. 이준기기자 bongchu@dt.co.kr