KAIST 연구진, 최고 성능 세라믹 전기화학전지용 전극 소재 개발

한국과학기술원(KAIST)과 한국에너지기술연구원, 전남대학교 공동 연구진이 최고 성능의 세라믹 전기화학전지 기술을 개발했다. 연구 성과는 국제 학술지 'Advanced Energy Materials' 후면 표지 논문으로 실렸다./KAIST

한국과학기술원(KAIST)과 한국에너지기술연구원, 전남대학교 공동 연구진이 최고 성능의 세라믹 전기화학전지를 개발했다.

이강택 KAIST 기계공학과 교수와 정우철 신소재공학과 교수는 이찬우 한국에너지기술연구원 박사와 송선주 전남대 교수와 함께 프로토닉 세라믹 전기화학전지의 산화물 전극 결정구조를 제어해 양성자 확산경로를 2차원에서 3차원으로 확장하는 데 성공했다고 14일 밝혔다.

페로브스카이트 산화물계 전극은 구조적인 한계 때문에 양성자의 격자 내 이동이 제한된다는 문제가 있다. 이 때문에 촉매 활성이 낮아서 연료전지의 성능도 낮아졌다. 연구팀은 문제를 해결하기 위해 격자 내에서 양성자가 이동하기 어려웠던 비대칭 구조를 대칭 구조로 바꾸는 방법을 찾았다.

전극의 촉매 활성을 높이기 위해 전극 표면에 바륨코발타이트(BCO) 나노 입자를 코팅하는데, 연구진은 여기서 더 나아가 양이온과 스칸듐(Sc)을 이중 도핑해서 BCO의 결정구조를 대칭화했다.

이렇게 만든 전극 소재를 프로토닉 세라믹 전기화학전지에 적용했더니 지금까지 보고된 소자 가운데 가장 뛰어난 전력 변환 성능을 보였다. 생산 과정 중에 이산화탄소도 배출되지 않는 그린수소 생산 성능도 높았다.

이강택 교수는 “이번 연구에서 제안한 전극 설계 기법이 프로토닉 세라믹 전기화학전지의 고성능 전력·그린수소 생산에 대한 새로운 방향성을 제시할 것으로 기대된다”며 “이 기술이 글로벌 넷제로 달성을 위한 수소 생산 및 친환경 에너지 기술 상용화에 촉매제가 될 수 있을 것”이라고 말했다.

참고자료

Advanced Energy Materials(2024), DOI : https://doi.org/10.1002/aenm.202304059

- Copyright ⓒ 조선비즈 & Chosun.com -