고체산화물 연료전지 성능, 3배 향상시켰다

국내 연구팀이 차세대 에너지원으로 주목받는 ‘고체산화물 연료전지’의 성능을 3배 향상시키는 기술을 개발했다.

한국에너지기술연구원은 12일 최윤석 수소융복합소재연구실 선임연구원과 정우철 KAIST 신소재공학과 교수, 박범경 부산대 재료공학부 교수 공동연구팀이 고체산화물 연료전지의 성능을 대폭 향상시키는 촉매 코팅 기술을 개발했다고 밝혔다.

연료전지는 수소를 활용해 전기를 생산하는 전지다. 이산화탄소를 배출하지 않아 친환경 에너지원으로 불린다. 여러 종류의 연료전지 중 전극과 전해질 모두 고체로 이뤄진 고체산화물 연료전지는 특히 주목받는다. 발전효율이 가장 높아서다.

고체산화물 연료전지 성능은 양극에서 일어나는 산소환원반응에 의해 결정된다. 음극에서 일어나는 반응에 비해 양극의 반응 속도가 느려 전체 반응속도를 제한하기 때문이다.

연구팀은 양극의 반응속도를 끌어올리는 촉매 코팅 기술을 개발했다. 반응을 활발하게 하는 나노 크기의 프라세오디뮴 산화물(PrOx)을 촉매에 코팅하는 기술이다. 이 코팅층은 고온의 환경에서도 안정적으로 전극의 산소환원반응을 촉진한다는 게 연구팀의 설명이다.

연구팀이 400시간 동안 PrOx가 코팅된 전극을 구동한 결과, 기존 대비 산소환원반응 중 발생하는 저항이 10배 낮아진 것이 확인됐다. 기존 연료전지 대비 3배 높은 전력 생산 성능도 보였다. 연구팀은 “고체산화물 연료전지 성능 중 최고 수준”이라고 밝혔다.

연구는 국제학술지 ‘어드밴스드 머터리얼즈’에 지난 3월 22일 게재됐다. 최 선임연구원은 “코팅 공정에 들이는 시간은 단 4분에 불과해 산업적 활용성이 높다”며 “고체산화물 연료전지 뿐 아니라 다른 에너지 변환장치에도 적용이 가능하다”고 밝혔다.

최윤석(오른쪽) 선임연구원 등 한국에너지기술연구원 연구진은 차세대 에너지원으로 주목받는 ‘고체산화물 연료전지’의 성능을 3배 향상시키는 기술을 개발했다. [사진=에너지연]