포스텍(POSTECH)은 안지환 기계공학과 교수가 김형준 서울과학기술대 에너지환경연구소 박사, 이민환 미국 캘리포니아대 머세드 캠퍼스 기계공학과 교수·하오위 리 씨와 함께 플라즈마를 활용한 원자층 증착 공정으로 고체 산화물 수전해 전지(SOEC)의 성능을 획기적으로 높이는 데 성공했다고 21일 밝혔다.
'원자층 증착 공정(ALD)'은 기판에 원자층 단위로 매우 균일하고 얇은 막을 입히는 방법이다. 최근 반도체 소자의 소형화에 따라 큰 주목을 받고 있는 기술이다. 연구팀은 이 ALD 공정에 플라즈마를 결합한 공정(PEALD)을 통해 SOEC 전극에 7.5옹스트롬(A) 정도의 매우 얇은 루테늄을 증착시켰다.
산소 전극 표면에 얇게 증착된 루테늄은 산소 발생 반응을 촉진하는 동시에 전극을 구성하는 스트론튬(Sr)과 화합물(SrRuO3)을 형성해 스트론튬이 전극에서 분리되지 않도록 해 SOEC의 내구성을 높였다. 실험 결과, 얇은 루테늄 막이 코팅된 SOEC의 수소 생산 성능이 기존 전지 대비 49.1% 향상됐다.
또, 수소로 전기를 생산하는 수소 연료전지에 이 기술을 적용한 결과, 전지 성능이 기존 대비 31.9% 증가했다. 매우 적은 양의 루테늄 양방향 촉매로 수소를 생산하고, 수소로 전기를 만드는 두 전지의 성능을 모두 높이는 데 성공했다.
안지환 교수는 “최신 반도체 공정인 PEALD로 극미량의 안정적 촉매를 제작함으로써 SOEC 및 연료전지(SOFC)의 효율을 높일 수 있었다. 앞으로 국내 우수한 반도체 공정 기술이 수소와 재생 에너지 분야의 기술 혁신을 이끄는 디딤돌이 되길 바란다”고 말했다.
한국연구재단의 대학중점연구소사업과 중견연구자지원사업의 지원으로 진행된 이번 연구는 최근 해당 분야 국제학술지 'ACS 카탈리시스(ACS Catalysis)'에 게재됐다.
포항=정재훈 기자 jhoon@etnews.com
