3세대 연료 전지 성능 2배 높이는 기술 개발

■ 3세대 연료 전지 성능 2배 높이는 기술 개발

 

● 고체 산화물 연료 전지 '초음파 분산 습식 침투 공정' 개발

 

국내 연구진이 고체 산화물 연료 전지(SOFC)를 고가의 촉매를 사용하지 않고 2배 이상 성능을 높일 수 있는 기술을 개발했다. 한국에너지 기술연구원은 이승복. 송락현 박사 연구팀이 '초음파 분산 습식 침투 공정'을 개발해서 백금과 같은 고가의 촉매를 쓰지 않고, 고체 산화물 연료 전지의 성능을 향상시키는 데 성공했다고 2020년 10월 14일 밝혔다.

 

고체 산화물 연료 전지는 산소나 수소 이온을 투과시킬 수 있는 물질을 전해질로 사용하는 3세대 연료 전지로, 600-1000℃ 의 고온에서 작동해 기존 연료 전지 중 전력 변환 효율이 60% 이상으로 가장 높다. 또한, LNG (액화 천연 가스)나 수소, 암모니아 등 다양한 연료 사용이 가능해 중대형 발전과 건물용, 가정용 등에 활용할 수 있다. 고체 산화물 연료 전지는 공기극에서 산소 환원 반응이 느리게 발생하여 성능 향상에 제약이 있어 이를 개선하기 위해 촉매를 용액에 녹여 공기극 층에 첨가하는 습식 침투 방법을 활용하고 있다. 하지만, 공기극 층에 첨가하는 액체 방울의 크기가 1㎜ 이상으로 커 촉매가 공기극 표면에 뭉쳐 유입되는 산소를 막아 성능을 감소시킨다.

 

연구팀은 액체 방울의 크기를 마이크로미터 크기 단위로 줄일 수 있는 초음파 장치를 이용해 정량의 균일한 촉매층을 입힐 수 있는 '초음파 분산 습식 침투 공정'을 개발했다. 이 공정을 적용하면, 고체 산화물 연료 전지의 성능을 약 2.3배 이상 향상시킬 수 있고, 내구성도 우수하다고 연구팀은 설명했다. 에너지기술연 이승복 박사는 "초음파 분산 습식 침투 공정은 고체 산화물 연료 전지의 셀을 대면적화하기 쉽고, 성능을 높일 수 있어 상용화하기에 적합한 기술로 평가받고 있다"고 말했다. 이 연구 결과는 국제 학술지 '저널 오브 머터리얼스 케미스트리 A'에 실렸다.