▲ 김건태 UNIST 에너지 및 화학공학부 교수.

수소와 공기만으로 전기를 발생시키는 고체 산화물 연료전지의 새로운 전극소재가 개발됐다.

미래창조과학부는 최근 UNIST 에너지 및 화학공학부 김건태 교수(교신저자)와 시바프라카쉬 생고단(Sivaprakash Sengodan), 최시혁 박사과정(제1저자)이 주도하고 동의대 신지영 교수, 영국 세인트 앤드류스대 존 어바인(John T.S. Irvine) 교수가 공동으로 탄화수소(천연가스, 메탄, 프로판, 부탄 등) 연료를 사용했을 때 안정성과 높은 성능을 갖는 고체산화물 연료극 물질을 개발했다고 밝혔다.

이번 개발로 천연가스, LPG 등 기존 탄화수소 계열 연료를 직접 사용할 수 있고 성능과 안정성도 뛰어난 소재로 탄화수소 사용시 나타날 수 있는 탄소 침적이나 황 피독 같은 기존 소재의 문제점을 극복할 수 있을 것으로 기대되고 있다.

고체 산화물 연료전지는 오염물질이나 온실가스 배출을 대폭 줄일 수 있고 저렴하며 발전효율(95% 이상)이 신재생에너지 가운데 가장 높아 차세대 에너지 기술로 주목받고 있다.

반면에 연료로 사용되는 수소는 대부분 탄화수소에서 만들어지기 때문에 비싸고 저장이 어려워 천연가스, 메탄 같은 탄화수소를 직접 연료전지에 사용하려는 연구가 활발하다.

연구팀은 탄화수소를 연료로 바로 사용하기 위해 이중층 구조의 페로브스카이트 물질을 개발해 새로운 연료극에 적용해 탄소 침전 및 황 피독과 같은 기존 연료극 소재의 문제점을 해결했다.

특히 개발된 전극소재는 700℃에서 프로판을 연료로 사용할 때 탄소 침적이 전혀 일어나지 않았으며 500시간 이상 연료전지 작동시에도 성능이 일정하게 유지됐다.

김 교수는 “다양한 탄화수소 연료를 사용해 높은 성능을 안정적으로 유지하는 전극소재를 개발함으로써 세계 연료전지 산업을 선도할 수 있는 계기가 될 것으로 기대된다”고 밝혔다.

▲ 단일 페로브스카이트(좌하)에서 이중층 페로브스카이트(우상)으로 상변화 그래프.