KAIST, 적은 양의 금속으로 연료전지 수명 늘리는 기술 개발

↑ 정우철 KAIST 교수, 한정우 서울시립대 교수와 연구진들 [자료제공 = KAIST]

연료정지의 수명을 늘리는 새로운 전극소재 기술이 나왔다. 소재를 합성할 때 적은 양의 금속을 넣어 시간이 갈수록 전지 성능이 떨어지는 것을 막았다.
26일 정우철 KAIST 신소재공학과 교수 연구팀은 한정우 서울시립대 교수와의 공동 연구를 통해 소량의 금속으로 친환경 신재생 에너지원인 연료전지 수명을 연장하는 새로운 전극소재 기술을 개발했다고 밝혔다.
세라믹 소재의 고체산화물 연료전지는 높은 에너지 변환 효율을 가진 에너지원으로 잘 알려져 있다. 바이오매스, 액화천연가스(LNG), 액화석유가스(LPG) 등 다양한 종류의 화학연료를 전기에너지로 바꿀 수 있을 뿐만 아니라 발전소, 전기자동차, 가정용 예비전원 등 각종 기반시설에 폭넓게 접목될 수 있다.
이 같은 고체산화물 연료전지의 성능을 좌우하는 핵심 요소는 산소의 환원 반응이 일어나는 '공기극'이다. 주로 페로브스카이트(ABO3) 구조의 산화물들이 사용된다. 그러나 페로브스카이트 산화물들은 화학적, 구조적 안정성이 떨어진다는 한계가 있다. 작동 초기 성능이 뛰어나지만 시간이 지날수록 성능이 저하되면서 장기간 사용이 어려워지는 것이다. 공기극의 작동 조건인 고온 상태에서 산화물 표면에 스트론튬(Sr) 양이온이 선택적으로 축적돼 전극 성능이 급격히 떨어지는 문제가 있다.
정 교수 연구팀은 이 같은 전극 성능 저하의 문제를 해결했다. 페로브스카이트 산화물 안의 스트론튬과 산소 사이 결합길이가 짧은 게 스트론튬의 표면 편석이 발생하는 원인임을 밝혀낸 것이다. 이에 따라 크기가 다른 금속을 산화물 내에 장착함으로써 스트론튬과 산소 결합길이를 늘리고 표면 편석을 효과적으로 억제하는 데 성공했다. 정 교수는 "추가적인 공정 없이 소재를 합성하는 과정에서 소량의 금속입자를 넣는 것만으로 이 같은 기술을 구현했다"며 "향후 고내구성 페로브스카이트 산화물 전극을 개발하는 데 유용하게 활용될 것"이라고 말했다.
이번 연구는 국제 학술지 '에너지&인바이러멘탈 사이언스(Energy&Environmental Science)' 2018년도 1호 표지논문에 선정됐다.
[김윤진 기자]