국내 연구진이 고체산화물연료전지 성능을 2배 이상 향상시키는 기술을 개발했다.
한국에너지기술연구원(원장 김종남)은 이승복, 송락현 연료전지연구실 박사팀이 초음파분산 습식침투법 공정을 사용해 백금과 같은 고가 소재를 사용하지 않고도 고체산화물연료전지 성능을 2배 이상 향상시켰다고 14일 밝혔다.
고체산화물연료전지는 산소나 수소 이온을 투과시킬 수 있는 물질을 전해질로 사용하는 연료전지다. 600~1000도 고온에서 작동해 기존 연료전지 가운데 전력 변환효율이 60% 이상으로 가장 높다. 또 LNG·수소·암모니아 등 다양한 연료 사용이 가능해 중대형 발전·건물용·가정용 등 다양한 적용분야를 갖는 미래의 신 에너지기술이다.
시스템 성능을 결정하는 가장 중요한 요소는 연료극·전해질·공기극으로 구성된 단위전지다. 그 중 공기극에서의 느린 산소환원반응은 고체산화물연료전지 단위전지의 성능을 감소시키는 가장 주요한 원인이다. 산소환원반응은 외부에서 유입된 산소가 전자를 만나 환원되는 반응이다.
그동안 많은 연구에서는 산소환원반응을 향상시키기 위해 촉매를 용액에 녹여 공기극 층에 첨가하는 습식 침투 방법을 사용해왔다. 그러나 첨가되는 액체 방울의 크기가 1㎜ 이상으로 커, 촉매가 공기극 표면에 뭉쳐 유입되는 산소를 막았다. 이 결과 성능이 떨어졌다.
이를 극복하기 위해 연구진은 초음파분산 습식침투공정 기법을 개발했다. 미세한 떨림으로 첨가하는 액체 방울 크기를 마이크로미터(㎛) 단위로 감소시킬 수 있는 초음파장치를 이용, 정량의 균일한 촉매층을 도포시킬 수 있는 공정이다.
또 그동안 공기극 소재로 활용되지 못하던 'SSC 페로브스카이트' 산화물을 촉매 물질로 첨가했다. 이 결과 기존 대비 약 2.3배 이상 성능향상 효과를 확인했다. 장기 내구성도 우수했다.
이승복 박사는 “초음파 분산 습식침투법은 고체사화물연료전지 셀 대면적화에 용이하고, 신규개발 셀 뿐만 아니라 기존 제작된 셀에 새로운 나노 촉매 기능층을 형성할 수 있는 상용화에 적합한 기술”이라고 말했다.
대전=김영준기자 kyj85@etnews.com
