수소 연료전지 성능을 2배로 올렸다 [1일IT템]

인천대 명재하 교수팀, 고체전해질에 나노촉매 입혀
2배 이상 높은 최대출력밀도와 200시간 안정적 작동

수소 연료 발전. 게티이미지 제공

[파이낸셜뉴스] 인천대 명재하 교수팀이 금속 나노촉매를 활용해 수소로 전기를 만드는 고체산화물 연료전지(SOFC)의 성능을 2배 이상 끌어 올렸다. 이 연료전지를 장기내구성 평가한 결과 비촉매 연료전지보다 2배 이상 높은 최대출력밀도를 나타냈으며, 200시간 이상 작동시켜도 전지의 성능이 떨어지지 않았다.

명재하 교수는 "이 기술은 연료전지 뿐만아니라 물을 이용해 수소를 만드는 수전해전지나 차세대이차전지, 개질촉매 등과 같은 다양한 에너지 변환기술에도 적용할 수 있다"고 말했다.

연료전지는 전해질로 쓰이는 고체산화물에 전기 생성 반응을 높이기 위해 촉매를 나노입자로 만들어 입힌다. 특히 금속 나노입자를 산화물 표면 위에 고르게 씌우기 위해 고온의 환원분위기에서 산화물 상분리를 제어하는 용출 기술을 활용한다. 지금까지 다른 연구자들은 용출 나노입자의 이런 성장 메커니즘을 밝히기 위해 성장을 제한하는 요인에 대해 분석했지만, 직접적인 증거를 제시하지 못했다.

연구진은 나노 크기의 금속 입자를 산화물 표면 위에 고르게 용출시키는 지능형 촉매를 개발했다. 이 촉매는 자가성장 기술을 활용, 소량의 금속 사용으로도 균일하게 성장해 반응하는 면적을 넓혔다. 또, 촉매 특유의 소켓(Socket) 구조는 높은 온도에서도 뛰어난 내구성을 나타낸다.

이와함께 용출 소재의 내부구조를 분석해 나노입자의 성장을 제한하는 요인을 밝혀내 촉매 성장을 정략적으로 제어할 수 있는 모델을 개발했다.

연구진은 고체산화물을 페로브스카이트 산화물로 사용해 연료전지를 만들어 테스트했다. 작은 셀 하나로 만든 연료전지는 900도에서 1㎠당 1.7W의 최대 출력밀도를 보였다. 또한 800도에서 200시간 동안 특별한 성능변화 없이 안정적으로 작동했다.

한편, 연구진은 이번에 개발한 기술을 재료 분야 국제학술지 '어드밴스드 머티리얼즈(Advanced Materials)'에 발표했다.
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