KAIST-KIER-전남대, 현존 최고 성능 세라믹 전기화학전지 개발 성공

현존 최고 성능을 내는 새로운 전극 구조 개발에 성공했다. 이 구조를 전지에 적용할 경우 전력변환 성능이 기존 대비 50%이상 우수했다.

KAIST는 한국에너지기술연구원과 전남대학교 공동으로 프로토닉 세라믹 전기화학전지의 산화물 전극 결정구조를 제어하는데 성공했다고 14일 밝혔다.

이 연구에는 KAIST 기계공학과 이강택 교수, 신소재공학과 정우철 교수, 한국에너지기술연구원 이찬우 박사, 전남대학교 송선주 교수 연구팀이 참여했다.

대칭 구조를 갖는 페로브스카이트 산화물계(BSTC, 바륨 스칸디늄 탄탈륨 코발트 산화물) 전극은 구조적인 한계가 있다. 양성자의 격자 내 이동이 제한적이어서 촉매 활성이 낮아 연료전지 성능이 떨어진다.

공동 연구팀이 이 문제를 해결했다. 연구팀은 이종 금속원소를 도핑하는 방법으로 격자 내에서 양성자가 이동하기 어려운 비대칭 구조를 대칭 구조으로 바꿨다.

연구결과 전력 변환 성능은 650℃에서 ㎠ 당 3.15W를 기록했다. 기존 연구에 쓰인 산화물 소재(PBSCF, PBCC-BCO) 대비 50%정도 성능이 우수했다.

또 그린 수소 생산 성능도 650℃에서 시간당 770㎖/㎠를 나타냈다. 일정한 전력으로 최대 500시간 구동이 가능했다. 전력 및 그린수소를 교대로 생산하는 가역 구동에서도 안정적이라는 사실이 확인됐다.

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이 연구결과에는 KAIST 기계공학과 김동연 박사과정, 정인철 박사, 신소재공학과 안세종 박사과정이 공동 제1 저자로 참여했다.

이강택 기계공학과 교수는 "미래의 수소에너지 사회를 촉진할 전극 설계 방향성을 제시하였다는 것에 의미가 있다"며 "고성능 PCEC를 위한 전극 개발은 향후 에너지 변환 시스템과 관련된 학문, 산업 등 다양한 분야에 긍정적인 영향을 미칠 것"으로 기대했다.