소량의 금속으로 연료전지의 수명을  향상시킬 수 있는 새로운 전극소재 기술이 국내 연구진에 의해 개발했다.

한국과학기술원(KAIST) 신소재공학과 정우철 교수팀은 서울시립대 한정우 교수와 공동연구를 통해 이 같은 기술을 개발했다고, KAIST가 26일 밝혔다.

세라믹 소재의 고체산화물 연료전지는 수소 이외에도 바이오매스, LNG, LPG 등 다양한 종류의 연료를 직접 전기에너지로 바꿔 주어 주목 받는다. 고체산화물 연료전지의 성능을 좌우하는 핵심 요소는 산소의 환원 반응이 일어나는 공기극으로 현재 페로브스카이트(ABO3) 구조의 산화물들이 주로 사용된다. 

페로브스카이트 산화물들은 작동 초기에는 성능이 뛰어나지만 시간이 지날수록 성능이 저하돼 장기간 사용이 어렵다는 게 한계다. 특히 공기극의 작동 조건인 고온 산화 상태에서 산화물 표면에 스트론튬(Sr) 등 2차상이 축적되는 표면 편석 현상이 발생해 전극의 성능을 낮추는 것으로 알려졌다. 아직까지 이런 현상이 왜 일어나는지, 이를 막는 해결책은 무엇인지는 아직까지 밝혀지지 않았다.

정 교수은 연구에서 페로브스카이트 산화물이 변형될 때 면 내 압축 변형이 일어나 스트론튬의 편석을 발생시키는 것을 계산화학적 및 실험적 결과를 통해 확인했다. 또 페로브스카이트 산화물 내부의 부분적인 변형 분포가 스트론튬 표면 편석의 주요 원인임도 밝혔다. 이를 바탕으로 크기가 다른 금속을 산화물 내에 장착함으로써 공기극 소재 내부의 격자변형 정도를 제어하고 스트론튬 편석을 효과적으로 억제하는 데 성공했다.

정 교수는 “이 기술은 추가적인 공정 없이 소재를 합성하는 과정에서 소량의 금속입자를 넣는 것만으로 구현된다”며 “향후 고(高)내구성 페로브스카이트 산화물 전극을 개발하는 데 유용하게 활용될 것으로 기대된다”고 말했다.

구본재 KAIST 박사과정생과 서울시립대 권형욱 박사과정생이 공동 1저자로 참여한 이번 연구는 삼성전자 미래기술육성센터의 지원을 받아 수행됐으며, 에너지, 환경 분야 국제 학술지 ‘Energy & Environmental Science’ 2018년도 1호 표지논문에 선정됐다.

송강섭 기자 successnews@successnews.co.kr

Copyright ⓒ 썩세스경제