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안전·저렴한 중저온 연료전지, 국내 연구진이 성능 2배↑

KIST-고려대 '어드밴스드 에너지 머티리얼즈' 게재

(서울=뉴스1) 최소망 기자 | 2018-07-23 12:00 송고
손지원 KIST 박사.(KIST 제공)

국내 연구진이 300~600℃에서도 작동이 가능한 '중저온 연료전지'의 성능을 기존보다 2배 높이는 데 성공했다. 중저온 연료전지는 성능이 안정적이면서도 가격은 상대적으로 저렴해 학계와 산업계의 관심을 한몸에 받고 있는 물질이다. 

한국과학기술연구원(KIST)은 고려대 연구팀과 공동으로 전해질 박막화를 안정적으로 제작할 수 있는 '멀티스케일 프로톤 세라믹 연료전지(PCFC) 구조체'를 개발해 기존 프로톤 세라믹 연료전지 대비 2배 이상 높은 성능을 보고했다고 12일 밝혔다.

연료전지는 작동되는 온도에 따라 300°C 이하 저온형, 600°C 이상 고온형, 300~600°C사이 중저온 연료전지로 나뉜다. 저온형은 값비싼 백금 촉매를 사용하고 고온형은 작동 온도가 높아 열화에 의한 성능 저하가 발생할 수 있어 중저온 연료전지가 학계에서 주목받고 있는 추세다.

연구팀이 집중한 중저온 연료전지는 프로톤 세라믹 연료전지(PCFC)로, 이는 산소 대신 가장 가벼운 이온인 수소 이온을 전도하는 세라믹 막으로 구성됐다. 중저온 영역에서 기존 세라믹 전해질보다 100배 이상 높은 전도도를 보이지만 박막으로 제작하기 어렵고 다른 세라믹 물질과의 결합력이 떨어져 실용화 가능성이 낮다는 평가가 많았다.

연구팀은 우선 프로톤 세라믹의 성능 향상을 막아 온 높은 '결정립계'의 저항을 줄이는 데 집중했다. 결정립계는 서로 다른 결정사이의 경계선을 말한다. 개발된 연료전지는 멀티스케일 구조를 갖고 있어 전해질을 나노미터 수준의 작은 입자들 위에서 성장시킬 수 있었다. 즉 1마이크로미터(μm·십 만분의 1cm) 수준까지 전해질 두께를 감소시켜 전해질이 연료전지 전체저항을 획기적으로 줄이며 성능을 높일 수 있었다.

손지원 KIST 박사는 "고성능 PCFC를 개발한 이번 연구결과는 기존 연료전지 연구에 새로운 패러다임을 제시하는 매우 중요한 전환점이 될 것"이라고 말했다.

이번 연구 결과는 국제학술지 '어드밴스드 에너지 머티리얼즈' 최신호에 게재됐다.


somangchoi@