▲ 정우철 신소재공학과 교수와 서한길 박사과정

국내 연구진이 새로운 코팅소재를 전기화학도금에 사용해 백금을 코팅함으로써 연료전지의 성능을 천배이상 끌어올리는 방법을 개발했다.

KAIST는 정우철 신소재공학과 교수 연구팀이 5분 이내의 산화물 코팅만으로 연료전지의 수명과 성능을 획기적으로 향상시킬 수 있는 전극 코팅 기술을 개발했다고 지난 9일 밝혔다.

고체산화물 연료전지는 친환경 발전장치로 다른 연료전지에 비해 발전효율이 높고 다양한 연료를 직접 사용할 수 있다는 장점을 가지고 있다. 하지만 구동에 필요한 고온(700℃ 이상)으로 소재 및 시스템 비용의 증가, 장시간 구동 시 성능 저하 등의 문제가 있었다.

최근에는 박막 공정을 도입해 전해질의 두께를 수백 나노미터 크기로 줄임으로써 작동온도를 600℃ 이하로 크게 낮추고 가격 경쟁력을 확보하려는 박막형 고체산화물연료전지가 새로운 해결책으로 제시되고 있지만, 낮은 작동온도에서 전극 성능이 급격하게 떨어졌다.

이에 연구팀은 공기극으로 사용되는 백금 박막의 산소환원반응 활성점을 극대화하고, 백금 전극이 고온에서 응집되는 현상을 막기 위해 산화물 코팅 기술을 개발했다.

연구팀은 전자와 산소이온 모두에 대한 높은 전도성과 산소환원 반응에 대한 뛰어난 촉매 특성을 가진 ‘프라세오디뮴이 도핑된 세리아((Pr,Ce)O2-δ)라는 새로운 코팅 소재를 전기화학도금을 통해 백금 표면에 코팅하는 데 성공했다.

이를 통해 기존 백금박막 전극에 비해 1천 배 이상 성능을 향상시켰다.

추가적으로 연구팀은 백금을 전혀 사용하지 않고 (Pr,Ce)O2-δ의 나노구조화를 제어하는 것만으로도 고성능의 박막형 고체산화물연료전지 공기극을 구현하는데 성공했다.

정 교수는 “이번 연구에서 사용된 전극 코팅 기술은 쉽고 대량생산이 가능한 전기화학도금을 활용했기 때문에 그 기술적 가치가 매우 뛰어나다”며 “향후 박막형 고체산화물연료전지의 백금 전극을 대체할 수 있어 가격 저감을 통한 시장경쟁력 제고가 기대된다”고 말했다.

한편, 이번 연구는 한국에너지기술평가원과 한국전력공사의 지원을 받아 수행됐다. 서한길 박사과정이 1저자로 참여한 이번 연구는 국제 학술지 ‘어드밴스드 에너지 머티리얼즈(Advanced Energy Materials)’ 7월 5일자 표지 논문(Inside Front Cover)에 게재됐다.