국내 연구진이 수소를 연료로 전기를 생산하는 기능과 물을 전기로 분해해 수소를 생산하는 기능을 동시에 가진 '가역 고체산화물전지'의 성능과 안정성을 획기적으로 높이는 기술을 개발했다.
한국과학기술연구원(KIST)은 윤경중 고온에너지재료연구센터 박사(사진)팀이 고온에서 안정된 구조를 유지하는 나노 촉매를 개발해 이를 가역 고체산화물전지에 적용했다고 27일 밝혔다.
가역 고체산화물전지는 전력을 생산하는 '고체산화물 연료전지'와 수소를 생산하는 '고체산화물 수전해 전지'의 두 가지 기능을 함께 수행할 수 있는 연료전지다. 이를 태양광이나 풍력 등 신재생 에너지원과 결합하면 평소에는 남은 전력을 저장하다가 전력 수요가 큰 시점에 연료전지로 작동해 전기를 공급할 수 있다.
그동안 나노 소재를 통해 고체산화물전지의 성능을 높이는 연구가 이뤄져 왔으나, 700도 이상의 높은 온도에서 작동하는 특성 때문에 나노 소재에 노출될 때 화학·구조적 변형이 발생하는 문제점이 있었다.
연구팀은 나노 촉매의 형상과 크기, 분포를 정확히 조절할 수 있는 화학용액 침투 공정을 개발해 이런 문제를 해결했다. 온도가 높아지는 과정에 화학용액으로부터 나노 촉매가 형성되는 메커니즘을 규정하고, 화학·구조적 특성을 결정하는 단계들을 제어해 700도 이상 고온에서도 안정적으로 나노 촉매를 활용할 수 있는 전극을 제조했다.
연구팀이 이 나노 전극 구조를 시험한 결과, 기존 전극이 적용된 연료전지에 비해 전력 생산은 1.5배, 수소 생산량은 2배 이상 늘어난 것으로 나타났으며 장시간 성능 감소가 발생하지 않아 안정성도 높은 것으로 확인됐다.
윤경중 KIST 박사는 "이번 개발한 나노 촉매 기술과 고성능 전극으로 다양한 나노 기술들이 고온에서 안정적으로 사용될 수 있는 플랫폼을 제공할 수 있을 것"이라며 "가역 고체산화물전지의 상용화를 앞당기는데 크게 기여할 것으로 예상된다"고 말했다.
