KAIST, 그린수소 생산에 필요한 전해질 소재 개발

상용 소재 대비 140배 향상된 고체전해질 소재 연구

[이데일리 강민구 기자] KAIST 연구진이 국제공동연구로 그린수소 생산에 필요한 전해질 신소재를 개발했다.

한국과학기술원(KAIST)은 이강택 기계공학과 교수 연구팀이 에릭 왁스만 미국 메릴랜드대 교수 연구팀과 기존 소재 대비 전도성이 140배 높은 산소 이온 전도성 고체전해질을 개발했다고 22일 밝혔다.

이강택 KAIST 교수, 에릭 왁스만 메릴랜드대 교수, 유형민 KAIST 박사과정생, 정인철 박사, 장승수 박사과정생.(사진=KAIST)

이번에 개발한 신소재는 비스무트 산화물 기반으로 400도에서 기존 지르코니아 소재의 700도에 해당하는 높은 전도성을 보였다. 중저온(600도) 영역대에서 140배 이상 높은 이온전도도 나타냈다.

기존 비스무트 산화물 산소 이온 전도체 소재는 중저온 영역대에서 상전이로 인해 이온전도도가 급격하게 감소한다는 문제가 있었다. 산소 이온 전도체 신소재는 도핑을 통해 중저온 영역대에서도 1000시간 이상 높은 이온전도도를 유지했다.

연구팀은 또 원자단위 시뮬레이션 계산화학을 통해 도핑된 원소가 산소 이온 전도체 신소재의 성능과 안정성을 높이는 원리도 알아냈다.

그 결과, 신소재는 고체산화물 연료전지에 적용해 학계에 보고된 소자 중 가장 높은 수준의 전력 생산 능력을 보였다. 고체산화물 전해전지에도 적용해 기존 대비 2배 우수한 단위면적당 그린 수소 생산 능력을 보였다.

이강택 교수는 “산소 이온 전도체 신소재는 중저온 영역대에서도 안정적으로 높은 전도도를 유지해 세라믹 소자의 높은 작동온도를 낮추는데 활용할 수 있다”며 “탄소중립을 실현하기 위한 에너지·환경 소자 상용화에 이번 기술을 적용하겠다”고 했다.

연구 결과는 국제 학술지 ‘어드벤스드 머티리얼스(Advanced Materials)’에 지난 달 17일 온라인판에 게재됐다.

강민구 (science1@edaily.co.kr)