KAIST 5분 이내 산화물 코팅으로 연료전지 수명 늘려

공기극으로 백금 박막 산소화원반응 활성점 극대화

정우철 교수, 서한길 박사과정

KAIST(총장 신성철) 신소재공학과 정우철 교수 연구팀이 5분 이내의 산화물 코팅만으로 연료전지의 수명과 성능을 획기적으로 향상할 수 있는 전극 코팅 기술을 개발했다.

연료전지는 대기오염 물질을 배출하지 않는 친환경 발전장치로, 특히 고체산화물 연료전지는 다른 연료전지보다 발전효율이 높고 값비싼 수소 이외에 다양한 연료를 직접 사용할 수 있다는 장점 때문에 세계적으로 주목받고 있다.

고체산화물 연료전지를 구동하기 위해서는 700도 이상의 높은 작동온도가 필요하며 이는 소재 및 시스템 비용 증가, 장시간 구동 시 성능 저하의 문제를 일으켜 연료전지의 상용화에 걸림돌이 되고 있다.

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 산소화원 반응에 대한 뛰어난 촉매 특성을 가진 프라세오디뮴이 도핑된 세리아라는 새로운 코팅 소재를 전기화학도금을 통해 백금 표면에 코팅하는 데 성공했다. 이를 통해 기존 백금 박막 전극보다 1000배 이상의 성능을 향상했다.

추가적으로 연구팀은 백금을 전혀 사용하지 않고 (Pr,Ce)O2-δ의 나노 구조화를 제어하는 것만으로도 고성능의 박막형 고체산화물연료전지 공기극을 구현하는 데 성공했다.

정우철 교수는 “이번 연구에서 사용된 전극 코팅 기술은 쉽고 대량생산이 가능한 전기화학도금을 활용했기 때문에 그 기술적 가치가 매우 뛰어나다. 향후 박막형 고체산화물연료전지의 백금 전극을 대체할 수 있어 가격 저감을 통한 시장경쟁력 제고가 기대된다”고 말했다.
이해미 기자 ham7239@

코팅된 (Pr,Ce)O2-δ 나노구조체 유무에 따른 전극성능 변화