국내 연구진, 세계 최고 성능 중저온 세라믹 연료전지 개발

고려대학교는 기계공학과 심준형 교수와 KIST 손지원 박사 연구팀이 중저온 영역(300~600°C) 세계 최고 성능의 세라믹 연료전지를 개발했다고 23일 밝혔다.
그동안 연료전지는 전해질의 작동온도에 따라 저온형(200°C 이내)과 고온형(600°C 이상)으로 구분돼 왔다. 저온형 연료전지는 비싼 백금 촉매를 사용하는 데 비해 고온형 연료전지는 저렴한 세라믹 물질로 제작된다는 차이가 있다. 하지만 고온형 연료전지는 높은 작동 온도로 인해 장기 내구성 및 활용도가 떨어진다는 단점이 있다.
이러한 세라믹 연료전지의 한계를 극복하기 위해서는 300~600°C에서 작동가능한 중저온 세라믹 연료전지의 개발이 대안으로 꼽혔다.
고려대-KIST 공동 연구팀은 박막 전해질을 안정적으로 제작할 수 있는 멀티스케일 프로톤 세라믹 연료전지(PCFC) 구조체를 개발해 기존 프로톤 세라믹 연료전지 대비 2배 이상 높은 성능을 보고했다. 해당 연구에서 개발된 박막 전해질은 프로톤 세라믹의 가장 큰 문제였던 높은 결정립계(grain boundary) 저항을 획기적으로 줄임으로써 PCFC 성능을 극대화했다는 게 연구팀의 설명이다.

PCFC(protonic ceramic fuel cell)는 가장 가벼운 이온인 수소 이온을 전도하는 세라믹 막으로 구성된 연료전지다. 프로톤 세라믹은 중저온 영역에서 기존 세라믹 전해질보다 100배 이상 높은 전도도를 보여 차세대 연료전지 재료로 주목받고 있지만, 박막으로 제작하기 어럽고 다른 세라믹 물질과의 결합력이 떨어진다는 단점이 있다.
심준형 교수는 "이번 연구에서 제안된 멀티레이어 PCFC 구조체를 통해 성능을 쉽게 높일 수 있는 가능성이 확인됐다"면서 "안정적으로 중저온 구동이 가능한 PCFC 스택이 개발되면 발전소에 국한돼 있던 세라믹 연료전지의 적용범위를 가정용 및 이동형 전원 등으로 크게 확대할 수 있을 것"이라고 말했다.
이 연구는 에너지 분야의 세계적인 저명 학술지인 어드밴스드 에너지 머티리얼즈'(Advanced Energy Materials, IF : 21.875, JCR 분야상위 1.712%) 최신호에 게재됐다
[디지털뉴스국 조성신 기자]