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연료 전지 수명·성능 획기적 개선 코팅 기술 개발
KAIST 정우철 연구팀…기존 전극 비해 1000배 이상 성능 향상
2018년 07월 09일  17:26:45 허송빈 기자 news@gocj.net

[ 시티저널 허송빈 기자 ] KAIST 신소재 공학과 정우철 교수 연구팀이 5분 이내의 산화물 코팅만으로 연료 전지의 수명과 성능을 획기적으로 향상시킬 수 있는 전극 코팅 기술을 개발했다.

연구팀은 공기극으로 사용하는 백금 박막의 산소 환원 반응 활성점을 극대화하고, 백금 전극이 고온에서 응집되는 현상을 막기 위해 산화물 코팅 기술을 개발했다.

연구팀은 전자와 산소 이온 모두에 높은 전도성과 산소 환원 반응에 뛰어난 촉매 특성을 가진 프라세오디뮴이 도핑된 세리아((Pr,Ce)O2-δ)라는 새로운 코팅 소재를 전기 화학 도금을 통해 백금 표면에 코팅하는 데 성공했다.

이를 통해 기존 백금 박막 전극에 비해 1000배 이상의 성능을 향상시켰다.

추가적으로 연구팀은 백금을 전혀 사용하지 않고 (Pr,Ce)O2-δ의 나노 구조화를 제어하는 것만으로도 고성능의 박막형 고체 산화물 연료 전지 공기극을 구현하는데 성공했다.

KAIST에 따르면 연료 전지는 대기 오염 물질을 배출하지 않는 친환경 발전 장치다.

고체 산화물 연료 전지의 경우 다른 연료 전지에 비해 발전 효율이 높고, 값비싼 수소 외에 다양한 연료를 직접 사용할 수 있다는 장점을 가져 세계적으로 큰 주목을 받고 있다.

그러나 고체 산화물 연료 전지를 구동하기 위해서는 700℃ 이상의 높은 작동 온도가 필요하며 이는 소재와 시스템 비용의 증가, 장시간 구동 때 성능 저하 등의 문제를 일으켜 연료 전지의 상용화에 걸림돌이 되고 있다.

최근에는 박막 공정을 도입해 전해질의 두께를 수백 나노미터 크기로 줄임으로써 작동 온도를 600℃ 이하로 크게 낮추고 가격 경쟁력을 확보하려는 박막형 고체 산화물 연료 전지가 새로운 해결책으로 제시되고 있지만, 낮은 작동 온도에서 급격히 떨어지는 전극 성능의 한계를 극복하지 못하고 있다.

서한길 박사 과정이 1저자로 참여한 이번 연구는 국제 학술지 어드밴스드 에너지 머티리얼즈(Advanced Energy Materials) 7월 5일자 표지 논문에 게재됐다.

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