연료극 안정성·성능 높여
전지 출력 세계 최고 성능
UNIST는 에너지 및 화학공학부 김건태 교수팀이 ‘이온 위치 교환’ 현상을 활용해 고체산화물 연료전지에서 연료극 물질의 안정성과 성능을 강화할 방법을 개발했다고 11일 밝혔다.
연료전지는 수소와 공기만으로 전기를 발생시키는 장치다.
고체산화물 연료전지의 연료극에는 주로 세라믹스와 금속의 합금인 ‘니켈 서멧’ 소재가 쓰인다. 하지만 탄화수소를 연료로 쓰면 탄소가 연료극 표면에 쌓이면서 오래 작동시킬 경우 안정성이 떨어졌다.
이 문제를 해결하기 위해 스마트 촉매 자가재생에 관한 연구가 활발하다. 연료극 물질로 쓰인 페로브스카이트 물질 속 전이금속을 표면으로 올라오게 만드는 것인데 특히 코발트가 연료극 표면에 올라오면 성능과 안정성을 크게 높인다.
이번 연구에서는 고체산화물 연료전지가 작동할 때 철을 넣어 코발트와 자리를 바꾸게 만들어 코발트를 표면으로 더 잘 올라오게 만드는 법을 찾았다.
이번에 개발한 전극 소재를 사용한 고체산화물 연료전지의 최대 출력밀도는 800℃에서 1.8W/㎠로, 현재까지 보고된 연구 중 세계 최고의 성능을 나타냈다. 메탄을 직접 연료로 쓸 때 이산화탄소 변환효율도 보고된 전극 소재보다 약 2배 정도 뛰어났다.
김건태 교수는 “고체산화물 연료전지에 다양한 연료를 적용해 안정적으로 전기를 생산하려면 연료극의 성능과 안정성이 뒷받침돼야 한다”며 “두 가지 모두 만족하는 연료극 물질을 개발한 이번 연구는 연료전지 상용화에 기여할 것으로 기대한다”고 말했다.
연구결과는 과학저널 네이처 자매지인 ‘네이처 커뮤니케이션즈’ 2월11일 온라인판에 게재됐다.
김봉출기자 kbc78@ksilbo.co.kr