수소와 공기 만으로 전기를 발생시키는 고체 산화물 연료전지의 새로운 전극소재가 개발됐다.
이번 연구결과는 탄화수소 사용시 분해 과정에서 발생한 탄소가 연료극에 쌓이는 탄소 침전 현상과 불순물로 섞여 있는 황화수소(H2S) 중 황(sulfur) 성분에 의해 연료극이 피독되는 기존 소재의 한계를 극복할 수 있을 것으로 기대된다.
23일 미래창조과학부에 따르면 울산과학기술대학교(UNIST) 에너지·화학공학부 김건태 교수와 시바프라카쉬 생고단(Sivaprakash Sengodan), 최시혁 박사과정 학생, 신지영 동의대 교수, 존 어바인(John T.S. Irvine) 영국 세인트 앤드류스대 교수는 이중층 구조의 페로브스카이트 물질을 개발해 기존 소재의 문제점을 해결했다.
이중층 페로브스카이트는 탄화수소를 연료로 바로 사용할 수 있고 산소이동이 우수한 것이 장점이다. 연구팀은 이 물질을 새로운 연료극에 적용하면 탄소 침전과 황 피독 현상이 발생하지 않는다는 사실을 알아냈다.
특히 개발된 전극소재는 700도에서 프로판을 연료로 사용할 때 탄소 침적이 전혀 일어나지 않았으며 연료전지가 500시간 이상 작동되도 성능이 일정하게 유지됐다.
고체 산화물 연료전지는 연료로 사용되는 수소가 비싸고 저장이 어렵다는 점이 한계로 지적됐다. 천연가스, 메탄 같은 탄화수소를 연료전지에 적용하려는 연구가 활발한 것도 이 때문이다.
김 교수는 "다양한 탄화수소 연료를 사용해 높은 성능을 안정적으로 유지하는 전극소재를 개발함으로써 세계 연료전지 산업을 선도할 수 있는 계기가 될 것으로 기대된다"고 밝혔다.
이번 연구는 미래부의 중견연구자지원사업과 교육부의 일반연구자지원사업을 통해 이뤄졌다. 연구결과는 23일 재료과학 분야 국제학술지 네이처 머티리얼스지 온라인판에 실렸다.