금오공과대학교는 최시혁 기계공학과 교수연구팀이 미국 노스웨스턴대학 소시나 하일레 교수 연구팀과 공동으로 고순도〃고효율 수소 생산이 가능한 프로톤 전도성 전해질 기반의 차세대 세라믹 수전해전지를 개발했다고 22일 밝혔다.
현재 대부분의 수소는 메탄의 수증기 개질법으로 생산되고 있다. 이 방법은 환경에 악영향을 주는 이산화탄소를 함께 배출시키는 단점이 있다. 이를 해결하기 위해 물을 전기로 분해해 수소를 생산하는 '수전해전지'기술이 청정 기술로 주목받고 있지만 이 역시 전기를 많이 소모한다.
연구팀은 프로톤 전도성 세라믹 소재를 전해질로 사용한 '프로톤 세라믹 수전해전지(PCEC)'에 주목했다. PCEC는 프로톤의 높은 전도도에 의해 낮은 작동 온도에서도 수전해 구동을 할 수 있다. 특히 PCEC는 생산된 수소와 수증기를 따로 분리할 필요가 없어 효율성이 높은 수전해 시스템 운용이 가능하다.
연구팀은 전자와 산소이온에 대한 높은 전도성과 함께 프로톤 전도 특성도 뛰어난 '삼중 전도성 공기극 소재'와 화학적으로 매우 안정된 '전해질 소재'를 개발했다. 이를 프로톤 세라믹 수전해전지에 적용함으로써 수전해 성능과 안정성을 극대화시켰다.
그 결과 600℃에서 1.3V의 전압을 가했을 때, 1㎠ 면적의 전지에서 하루에 약 14L의 수소를 생산할 수 있는 성능을 구현하는데 성공했다. 이는 기존 연구에서 2배 이상 수소 생산량을 향상시킨 것이다. 500시간 이상 장기 구동에도 성능 감소 없이 우수한 수소 생산 효율을 구현했다.
최시혁 교수는 “이번에 개발된 프로톤 세라믹 수전해전지는 물을 전기분해해 수소를 생산하는 수전해 기능을 향상하는 동시에 수소연료전지 기능을 하나로 완벽하게 결합했다”면서 “이는 쓰고 남은 전기를 수소로 저장하고 이 수소를 사용해 다시 전기로 변환이 가능해 수소 에너지 상용화에 중요한 역할을 할 것으로 기대된다”고 밝혔다.
구미=정재훈기자 jhoon@etnews.com
