연료전지 성능 2배 향상…상용화 적용 기대
연료전지 성능 2배 향상…상용화 적용 기대
  • 진경남 기자
  • 승인 2020.10.15 13:31
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에기硏, 초음파 활용한 촉매 방울크기 공정 기법 개발
기존보다 100분의 1 작은 크기로 산소유입 효율 증가
▲에너지기술연구원이 개발한 초음파분산 습식침투공정 장비.
▲에너지기술연구원이 개발한 초음파분산 습식침투공정 장비.

[이투뉴스]국내 연구진이 고체산화물연료전지(SOFC) 성능을 2배 이상 향상시키는 기술을 개발했다. 초음파를 이용해 촉매 방울크기를 100분의 1로 줄여 이를 가능케 했다.

한국에너지기술연구원 연료전지연구실 이승복 박사, 송락현 박사 연구진은 초음파분산 습식침투법 공정을 사용해 SOFC 성능을 2배 이상 향상시켰다고 밝혔다.

SOFC는 고온에서 작동돼 기존 연료전지 중 전력 변환효율이 60% 이상으로 가장 높다. 수소와 산소의 화학반응을 촉진시키기 위해 촉매용액을 사용하고 있다.

SOFC 시스템 전체 성능을 결정하는 가장 중요한 요소는 연료극·전해질·공기극으로 구성된 단위전지다. 공기극에서 느린 산소환원반응은 SOFC 단위전지의 성능을 감소시키는 원인 중 하나다.

기존 마이크로피펫을 활용한 방식은 액체방울이 1mm 이상으로 커 산소 유입을 방해하고 효율을 떨어뜨렸다. 연구진은 이를 해결하기 위해 초음파분산 습식침투공정을 개발했다. 초음파분산 습식침투공정은 미세한 떨림으로 첨가하는 액체방울 크기를 0.01mm 단위로 감소시킬 수 있는 초음파장치를 이용해 정량으로 균일한 촉매층을 도포시킬 수 있는 기법이다.

연구진은 초음파 습식침투공정을 통해 기존 SOFC 공기극 물질인 LSCF층 위에 성장한 SSC 나노촉매층을 확인했다. 기존 LSCF/GDC 복합체 공기극 사용대비 2.3배 이상 성능향상 효과를 보였다. 투과전자현미경 분석을 통해 SSC 나노촉매층이 LSCF 공기극 위에 동일 결정 구조로 성장하는 것도 확인했다. 동일 결정구조로 성장한 SSC 나노촉매층은 입자성장이 억제될 뿐만 아니라 LSCF와 우수한 접착력을 통해 장기 내구성에서 상대적으로 유리하다.

이승복 에기연 박사는 “초음파 분산 습식침투법은 SOFC 셀 대면적화에 용이하고 신규개발 셀 뿐만 아니라 기존 제작된 셀에 새로운 나노 촉매 기능층을 형성할 수 있는 상용화에 적합한 기술”이라며 “동일 결정구조로 성장한 나노촉매층은 향후 SOFC 성능 향상을 위한 중요한 연구 결과로 활용 가능할 것”이라고 밝혔다.

한편 이번 연구는 한국연구재단 기후변화대응기술사업의 지원을 받아 '건물용 연료전지를 위한 저가 고성능 핵심원천 소재 개발'의 일환으로 이뤄졌다. 연구 결과는 국제학술지 저널 오브 머티리얼스 케미스트리 A(Journal of Materials Chemistry A)에 게재됐다.

진경남 기자 jin07@e2news.com 

 


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