세라믹 신소재 전극으로 수소생산과 이산화탄소 제거
내구성 우수... 90% 이상 CO₂ 전기 변환
국내 연구진이 올-세라믹(All-Ceramic)전극 적용 고체산화물전해전지(SOEC)를 개발했다. 고효율 수소생산과 이산화탄소(CO₂) 저감 전기분해 등 다양한 분야에 응용할 수 있다.
한국세라믹기술원(원장 유광수)은 신태호·이석희 연구원과 이강택 한국과학기술원 교수가 새로운 세라믹 전극을 개발하고 이를 이용해 고효율 연료전지 발전과 CO₂ 전기분해에 적용할 수 있는 고내구성 올-세라믹 SOEC 기술 개발에 성공했다고 27일 밝혔다.
SOEC는 물을 전기분해해 수소를 얻는 전지다. 기존 니켈 전극 SOEC는 전해 활성은 뛰어나지만 장시간 운전 시 CO₂의 불완전 환원으로 탄소가 침착되거나 성능이 떨어지는 문제를 안고 있었다.
연구팀은 새로운 산화물전극 소재로 망간(Mn)과 철(Fe)을 첨가하고, 세륨산화물(CeO₂) 전극 표면에 산소공공(세라믹 산화물 결정구조의 원자 결합 격자 내 산소이온 빈 자리)을 극대화하는 방법으로 고성능 이온전도성 페로브스카이트 전해질 기반 올-세라믹 SOEC 제조 기술을 완성했다.
이 기술을 이용하면 연료전지 전력 생산성을 높일 수 있고, SOEC에서 수소를 친환경 고효율로 생산할 수 있다.
SOEC 시장은 지속적으로 성장하고 있으나 국내에는 관련 소재·부품 기술은 물론 세라믹 제조공정 기술 확보가 미흡해 해외에 의존하고 있는 실정이다.
신태호 연구원은 “세륨산화물 결정구조 해석과 치환 금속에 따른 산소공공의 존재를 과학적으로 증명했다. 우수한 내구성에 90% 이상의 CO₂ 전기 변환 효율을 확인했다”면서 “차세대 전해질 기반 올-세라믹 SOEC 기술은 다양한 에너지 변환 분야에서 탄소중립 실현을 위한 핵심 기술이 될 것”이라 말했다.
이번 연구는 산업부와 한국산업기술평가관리원 소재부품패키지사업과 한국에너지기술평가원 에너지효율관리기술개발사업, 한국산업기술진흥원 국제공동 유레카 사업의 지원을 받았다. 연구 결과는 어드밴스드 에너지 머티리얼스 표지논문으로 5월 온라인판에 실렸다.
진주=임동식기자 dslim@etnews.com
