서한길 단국대 교수팀, 고체산화물 연료전지 수명연장 기술 개발

고체산화물 연료전지 열화현상 제어...초기 성능대비 160% 효율 향상

서한길 단국대 신소재공학과 교수./사진제공=단국대

단국대학교는 최근 서한길 신소재공학과 교수 연구팀이 해리 L. 툴러 미국 매사추세츠 공과대학교(MIT) 교수와 고체산화물 연료전지의 성능을 획기적으로 개선할 수 있는 기술을 개발했다고 11일 밝혔다.

연료전지는 화학물질을 연료로 사용해 전기에너지를 발생시키는 장치다. 발전 효율이 높고 오염물질은 적게 배출해 차세대 에너지 시스템의 대표주자로 꼽힌다. 특히 세라믹 기반의 고체산화물 연료전지(SOFC, Solid Oxide Fuel Cell)는 고온에서도 안정적으로 작동하는 안정성과 경제성으로 활발한 연구가 이뤄지고 있다.

고체산화물 연료전지는 수소뿐만 아니라 다양한 연료를 사용할 수 있으며, 현존하는 연료전지 중 가장 높은 변환 효율을 자랑한다. 또 전기와 열을 동시에 생산해 이동형 전원장치부터 대형 발전소까지 활용 폭이 매우 넓다. 하지만 연료전지는 섭씨 700℃ 이상의 고온에서 작동하기 때문에 장시간 구동 시 세라믹 전극 표면이 열화돼 연료전지 효율이 많이 감소한다. 장점에 비해 널리 상용화되지 못한 이유다.

서 교수팀은 칼슘을 활용해 연료전지 전극표면의 열화현상을 획기적으로 개선했다. 작동 중 외부 불순물에 의해 산성화된 전극 표면에 염기성 첨가제인 칼슘을 침투시켜 40% 이상 열화된 연료전지의 출력을 완전히 회복시켰다. 한 걸음 더 나아가 초기 성능 대비 160%까지 그 성능을 향상하는데 성공했다.

서 교수는 "연료전지의 고질적인 전극 성능 저하 문제를 해결하고, 연료전지 수명을 재연장하는데 성공했다"며 "연료전지뿐만 아니라 다양한 에너지 변환 및 저장 기술에 중요한 영향을 끼칠 수 있을 것"이라고 설명했다.

한편 이번 연구는 과기정통부의 '해외우수연구기관 협력허브 구축사업'과 한국연구재단의 '나노 및 소재 기술개발사업'의 지원을 받아 수행됐다.

연구 결과는 'Reversal of chronic surface degradation of Sr(Ti,Fe)O3 perovskite-based fuel cell cathodes by surface acid/base engineering'(표면 산/염기 공학을 통한 Sr(Ti,Fe)O3 페로브스카이트 기반 연료전지 전극의 고질적 표면 열화 회복)이라는 제목으로 환경공학 분야 국제학술지 '어플라이드 카탈리시스 비: 인바이러멘트&에너지'(Applied Catalysis B: Environment and Energy, IF=22.2) 온라인판에 게재됐다.

서한길 단국대 교수팀의 연구자료 이미지./사진제공=단국대

권태혁 기자 taehkd@mt.co.kr