KAIST, 연료전지 전극 반응성 1000배 향상 기술 개발

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간단한 코팅만으로 연료전지 수명과 성능을 획기적으로 높일 수 있는 기술이 개발됐다. 고체산화물 연료전지의 성능 한계를 해소해 기술 상용화를 앞당길 것으로 기대된다.

KAIST(총장 신성철)는 정우철 신소재공학과 교수팀이 5분 정도 산화물 코팅을 하는 것만으로 고체산화물 연료전지 성능을 높이는 새로운 전극 코팅 기술을 개발했다고 9일 밝혔다.

프라세오디뮴 도핑 세리아 코팅에 따른 전극 성능 변화 그래프. 코팅 후 전극 활성이 1000배 이상 높아졌다.
<프라세오디뮴 도핑 세리아 코팅에 따른 전극 성능 변화 그래프. 코팅 후 전극 활성이 1000배 이상 높아졌다.>

연료전지는 대기오염 물질을 배출하지 않는 친환경 발전장치다. 고체산화물 연료전지는 발전효율이 높고 다양한 연료를 직접 사용할 수 있어 세계에서 큰 주목을 받고 있다.

다만 700도가 넘는 높은 온도에서 작동하기 때문에 소재 및 시스템 비용이 비싸고 장시간 구동 시 전극이 응집돼 성능이 쉽게 저하되는 단점이 있다. 최근 전극과 전해질 두께를 얇게 해 600도 온도에서도 기능하는 '박막형 고체산화물연료전지'를 만들기는 했으나 낮은 온도에서는 전극 활성이 크게 떨어져 성능이 급감하는 문제가 있었다.

연구팀은 전극에 새로운 산화물 코팅 공정을 적용해 문제를 해결했다. 코팅으로 전극 산소환원반응 활성을 극대화하고, 고온 응집 현상을 막았다.

연구팀이 활용한 산화물은 '프라세오디뮴 도핑 세리아'다. 이 산화물은 전자와 산소이온이 쉽게 이동한다. 또 산소환원 반응에 뛰어난 촉매 특성을 가진다. 이를 기존 박막형 백금 전극에 코팅하면 600도 작동온도에서 기존 대비 1000배 이상 높은 활성 향상을 보이는 것으로 나타났다. 고온 응집도 효과적으로 차단한다.

정우철 KAIST 신소재공학과 교수, 서한길 박사과정
<정우철 KAIST 신소재공학과 교수, 서한길 박사과정>

연구팀은 프라세오디뮴 도핑 세리아만으로 이뤄진 전극도 개발했다. 이 전극은 백금 기반 전극보다는 성능이 떨어지지만, 주로 쓰이는 '란타늄스트론튬코발트 옥사이드' 전극과 유사한 성능을 보이는 것으로 나타났다.

정우철 교수는 “이번에 개발한 전극 코팅 기술은 대량 생산이 가능한 전기화학도금을 활용한 간편 코팅 기술”이라며 “기존 전극 성능을 강화하거나, 백금 없이 가격을 낮춘 제품을 만들 수 있어 시장경쟁력을 높일 수 있다”고 말했다.

대전=김영준기자 kyj85@etnews.com

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