KAIST, 돼지표피 젤라틴 활용해 고성능 고체산화물 연료전지 개발

이강택 교수팀, 치밀성 높은 다중도핑 세리아 나노박막 제조 기술 확보

기존 대비 2배 이상 높은 전력변환 및 초고효율 수소 생산

장시간 높은 안정성 확보, 고성능 양방향 연료전지 상용화 기대

[대전=뉴시스] 그림 a는 세라믹 기능층 제작 공정에 따른 양방향 연료전지의 구조 모식도 및 미세구조고 b는 연료전지 성능, c는 젤라틴 공정을 적용한 연료전지의 장기안정성 평가결과. *재판매 및 DB 금지

[대전=뉴시스] 김양수 기자 = KAIST는 기계공학과 이강택 교수팀이 돼지 표피에서 추출한 젤라틴에 매우 얇은 다중도핑 세라믹 박막 제조 기술을 적용해 고성능의 양방향 고체산화물 연료전지 개발에 성공했다고 8일 밝혔다.

양방향 고체산화물 연료전지(R-SOFC)는 하나의 연료전지 소자에서 수소생산과 전력생산이 모두 가능한 시스템으로 탄소중립에 필수적인 에너지 변환장치다.

에너지 소자의 성능을 높이기 위해서는 섭씨 700도 이하의 중저온에서 고활성을 갖는 전극의 개발이 필수적이며 이를 위해 코발트 기반 페로브스카이트 전극이 집중적으로 연구돼 왔다.

 하지만 코발트 기반 전극 소재는 범용으로 사용되는 지르코니아(ZrO2) 전해질과 고온에서 화학반응을 일으켜 성능이 떨어지는 문제가 있다.

이번 연구서 이 교수팀은 젤라틴을 활용해 매우 얇으면서도 치밀한 다중도핑의 세리아 나노박막 제조 공정기술을 개발, 양방향 고체산화물연료전지에 기능층으로 적용하는 데 성공했다.

또 전기화학 및 구조분석을 통해 치밀한 기능층 도입으로 산소이온의 이동경로가 크게 감소하며 전기화학적 활성영역이 크게 증가함을 확인했다.

개발된 양방향 연료전지는 기존 공정의 연료전지 대비 2배 이상 높은 성능을 보였고 동일소재를 사용한 연료전지 중 가장 높은 성능(3.5W/㎠, 750℃)을 나타냈다.

특히 수소 생산은 세계 최고성능을 발휘했고 개발된 연료전지 소자는 1500시간 동안 열화없이 구동돼 매우 높은 안정성을 보였다.

기계공학과 유형민 석사과정, 임하니 박사후연구원이 공동 제1 저자로 참여한 이번 연구는 국제 학술지인 '어드벤스드 펑셔널 머티리얼스(Advanced Functional Materials(IF:19.924)'에 지난 9월 온라인판에 게재됐으며 연구의 파급력을 인정받아 표지논문(Front cover)으로 선정됐다.

이강택 교수는 "이번 연구에서 사용된 공정들은 대면적 양산시스템에도 쉽게 적용할 수 있는 기술들"이라며 "탄소중립 실현을 위한 고성능 양방향 연료전지 상용화에 적용할 수 있을 것으로 기대한다"고 말했다.


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