이번 연구성과가 게재된 국제학술지 ‘어드밴스드 에너지 머티리얼즈’ 표지[제공=KAIST]

- KAIST 정우철 교수팀, 5분 코팅만으로 연료전지 전극 반응성 1000배 향상

[헤럴드경제=구본혁 기자] 한국과학기술원(KAIST)은 신소재공학과 정우철 교수 연구팀이 5분 이내의 산화물 코팅만으로 연료전지의 수명과 성능을 획기적으로 향상시킬 수 있는 전극 코팅 기술을 개발했다고 9일 밝혔다.

연료전지는 대기오염 물질을 배출하지 않는 친환경 발전장치로, 특히 고체산화물 연료전지는 다른 연료전지에 비해 발전효율이 높고 값비싼 수소 이외에 다양한 연료를 직접 사용할 수 있는 장점을 가져 세계적으로 큰 주목을 받고 있다.

하지만 고체산화물 연료전지를 구동하기 위해서는 700℃ 이상의 높은 작동온도가 필요하며, 이는 소재 및 시스템 비용의 증가, 장시간 구동 시 성능 저하 등의 문제를 일으켜 연료전지의 상용화에 걸림돌이 되고 있다.

최근에는 박막 공정을 도입해 전해질의 두께를 수백 나노미터 크기로 줄임으로써 작동온도를 600℃ 이하로 크게 낮추고 가격 경쟁력을 확보하려는 박막형 고체산화물연료전지가 새로운 해결책으로 제시되고 있지만, 낮은 작동온도에서 급격히 떨어지는 전극 성능의 한계를 극복하지 못하고 있다.

KAIST 신소재공학과 정우철<사진 왼쪽> 교수와 서한길 박사과정 학생[제공=KAIST]

연구팀은 전자와 산소이온 모두에 대한 높은 전도성과 산소환원 반응에 대한 뛰어난 촉매 특성을 가진 프라세오디뮴이 도핑된 세리아라는 새로운 코팅 소재를 전기화학도금을 통해 백금 표면에 코팅하는 데 성공했다. 이를 통해 기존 백금 박막 전극에 비해 1000배 이상의 성능을 향상시켰다.

이와 함께 백금을 전혀 사용하지 않고 세리아의 나노구조화를 제어하는 것만으로도 고성능의 박막형 고체산화물연료전지 공기극을 구현하는데 성공했다.

정 교수는 “이번 연구에서 사용된 전극 코팅 기술은 쉽고 대량생산이 가능한 전기화학도금을 활용했기 때문에 그 기술적 가치가 매우 뛰어나다”며 “향후 박막형 고체산화물연료전지의 백금 전극을 대체할 수 있어 가격 저감을 통한 시장경쟁력 제고가 기대된다”고 말했다.

서한길 박사과정이 1저자로 참여한 이번 연구는 국제학술지 ‘어드밴스드 에너지 머티리얼즈’ 7월 5일자 표지 논문으로 게재됐다.

nbgkoo@heraldcorp.com