고체 산화물 연료전지(SOFC)의 성능을 크게 높일 수 있는 새로운 전극소재가 개발됐다.
개발 주역은 김건태 UNIST 교수(에너지 및 화학공학부, 교신저자)와 최시혁(제1저자), 시바프라카쉬 생고단 박사과정생이다. 또 신지영 동의대 교수와 존 어바인 영국 세인트 앤드류스대 교수가 연구에 참여했다.
SOFC는 오염물질이나 온실가스 배출을 대폭 줄일 수 있고, 발전효율(95% 이상)도 신재생에너지 가운데 가장 높아 차세대 에너지 기술로 주목받고 있다.
하지만 연료로 사용하는 수소를 대부분 탄화수소에서 뽑아써야 하기 때문에 저장이 어렵고 이 과정에서 원가도 높아지게 된다. 이 때문에 탄화수소를 직접 연료로 사용하려는 연구가 활발하지만 탄소가 연료극에 쌓이는 탄소침전, 불순물로 인해 연료극이 피독되는 현상 등을 제어해야만 했다.
김 교수팀은 이중층 구조의 페로브스카이트 물질을 개발하고 이를 새로운 연료극 소재로 만들어 탄소 침전 및 황 피독 같은 기존 연료극 소재의 문제점을 해결했다.
실험 결과, 천연가스, LPG 등 기존 탄화수소 계열 연료를 직접 사용할 수 있고 성능과 안정성도 뛰어난 것으로 나타났다. 700℃에서 LPG를 연료로 사용할 때 탄소 침적이 일어나지 않았고, 500시간 이상 연료전지 작동 시에도 성능을 일정하게 유지했다.
김 교수는 “다양한 탄화수소 연료를 직접 사용해도 높은 성능과 안정성을 나타내는 새로운 전극소재로 세계 연료전지 산업을 선도할 수 있는 계기가 될 것”이라고 말했다.
이번 연구는 미래창조과학부 중견연구자지원사업과 교육부 일반연구자지원사업의 지원으로 수행됐다.
연구 결과를 담은 논문은 네이처 머티리얼스 온라인판 23일자에 실렸다.
울산=임동식기자 dslim@etnews.com
