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KAIST, 양방향 고체산화물 연료전지용 스마트 전극 개발

기존 대비 연료전지 1.6배·전해전지 2.4배 성능 향상

(대전=뉴스1) 심영석 기자 | 2022-06-21 14:46 송고
Pd가 도핑된 연료극이 적용된 양방향 고체산화물 연료전지의 구동 모식도 및 고온·수소 분위기에서의 전극 표면 용출 현상에 의한 나노 합금 촉매 형성 메커니즘.(KAIST 제공) © 뉴스1

KAIST 기계공학과 이강택 교수 연구팀이 포스텍 한정우 교수 등과 공동연구를 통해 양방향 고체산화물 연료전지(SOFC)용 고성능 전극 소재 개발에 성공했다.

21일 KAIST에 따르면 양방향 고체산화물 연료전지는 고온에서 수소와 산소를 스스로 반응시켜 고효율 전력, 청정 수소와 같은 친환경 에너지원을 생산하는 기술이다.

하지만 촉매 사용 시 반복적인 증착 공정을 수행해야 하고 고온 장기 구동 시 응집 현상으로 인한 촉매 활성도가 저하되는 한계를 갖고 있다.

이에 연구팀은 연료전지가 작동하는 환경에서 전극 표면에 금속합금 나노촉매가 자발적으로 형성되는 용출현상을 활용한 전극을 디자인했다.

이어 금속합금 나노촉매 형성을 촉진하기 위해 기존 코발타이트계 산화물 구조 내에 팔라듐(Pd)을 미량 첨가해 양방향 구동 시 가역적으로 고활성을 갖는 전극 개발에 성공했다.

이 방법으로 설계된 나노 합금 촉매는 페로브스카이트 격자 내부에서부터 전극 표면으로 스스로 용출돼 형성되기 때문에 전극 표면과 응집 현상 없이 강하게 결합한다.

또 입자의 균일도 또한 우수해 촉매 성능 향상에 큰 이점이 있다.

실제 연구팀은 전해질 지지체 단전지에 개발된 전극을 연료극으로 사용해 성능을 측정한 결과 △연료전지 모드에서 최대출력 2.0W/cm2(850oC) △전해전지 모드에서 전력밀도 2.23A/cm-2(1.3V, 850oC)를 구현했다.

이는 기존 기술 대비 연료전지 모드는 1.6배, 전해전지 모드는 2.4배 향상된 결과로 세계 최고 수준의 양방향 연료전지 성능을 달성했다.

이 교수는 “이번 연구 성과는 고성능 고안정성의 양방향 고체산화물 연료전지 상용화를 선도하는 기술이 될 것”이라고 말했다.

한편 이번 연구 결과는 국제 학술지인 ‘어플라이드 카탈리시스 비: 인바이러멘탈’ 온라인판에 최근 게재됐다.


km5030@news1.kr

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