세라믹기술원, SOFC 성능 2.8배 향상된 전극소재 개발

Small Structures에 2월호 표지 논문. (자료제공: KICET)

한국세라믹기술원(원장 정연길)은 저탄소·디지털전환사업단 신태호 박사와 원광대학교(총장 박성태) 화학융합공학과 주용완 교수 공동연구팀은 두 가지 서로 다른 결정구조가 복합화 되어 산소전달 능력이 향상된 고성능 고체산화물연료전지(SOFC) 전극소재를 개발했다고 지난달 22일 밝혔다.
SOFC(Solid Oxide Fuel Cells, 고체산화물연료전지)는 수소와 산소반응의 화학에너지를 전기화학적 반응의 전기로 직접 변환시키는 발전장치로 산소이온 전도성 세라믹소재를 이용하는 세라믹연료전지이다. 탄소 중립의 구현을 위해 SOFC는 차세대 친환경 에너지 변환 장치로 주목받고 있다. 고성능 SOFC를 위해 느린 산소 환원 반응을 개선하고자 복합 전극 연구가 진행되고 있다.
공동연구팀이 개발한 소재는 결정구조 복합화와 세라믹섬유 방사 코팅 공정을 통해 SOFC의 성능이 2.8배 이상 향상되었다. 기존의 전극 소재를 두 가지로 복합화 할 경우 계면에서 서로 반응하여 성능저하 문제가 있었다. 이를 극복하기 위해 연구팀은 두 가지 서로 다른 결정구조의 복합화를 세라믹섬유 방사 코팅 공정을 이용하여 저온 소결로 불순물 형성 없이 균일한 복합 전극 소재를 구현했다.
구현된 소재를 분석한 결과, 이온 전도의 방향성이 향상되고 비표면적 증가됨에 따라 전극의 산소이온 교환 전달 능력이 향상되어 전력생산이 높아졌다. 특히, 개발된 기술은 대면적 코팅기술 적용이 가능하고 새로운 전극 소재를 통해 기존 SOFC의 성능이 큰 폭으로 향상되어 고성능 신제품 상용화 한계를 극복할 수 있을 것으로 예상되며 향후 발전용 연료전지로 적용을 기대된다.
한국세라믹기술원 신태호 박사는 “기관이 보유하고 있는 세라믹 전극 소재 및 첨단 코팅기술은 세계적 수준으로 도약하고 있다”며 “향후 국내 발전용 SOFC와 고온수전해의 소재부품 국산화에 크게 기여할 것”이라고 말했다.
이번 연구 성과는 와일리(wiley)에서 발간하는 소재 분야 과학저널인 스몰 스트럭쳐(Small Structures)에 2월호 표지 논문으로 게재됐다.