KAIST 연구진이 돼지 표피에서 추출한 젤라틴을 활용해 차세대 수소연료전지로 불리는 고체산화물 연료전지(SOFC)를 개발했다.
KAIST 기계공학과 이강택 교수 연구팀은 수백 나노미터(㎚:10억분의 1m) 수준으로 매우 얇은 젤라틴 박막을 써서 고성능 양방향 SOFC 개발에 성공했다고 8일 밝혔다.
과학기술정보통신부 수소에너지혁신기술개발 사업과 중견연구 사업 등의 지원을 받은 이번 연구성과는 국제학술지 '어드밴스드 펑셔널 머티리얼즈' 표지논문으로 실렸다.
수소연료전지는 수소와 산소를 '연료'로 넣으면 전기와 열을 생산하고, 물을 부산물로 배출하는 친환경 발전기다. 인산염연료전지(PAFC), 용융탄산염연료전지(MCFC), 양성자교환막연료전지(PEMFC) 등 기술 수준과 용도에 따라 여러 종류가 있다.
현대자동차의 '넥쏘' 등 수소전기차에 들어가는 게 양성자교환막연료전지(PEMFC)다. 고온(600~1000도)에서 작동하는 고체산화물연료전지(SOFC)는 가정용·산업용 등 여러가지 발전 용도로 적합하며, 연료전지 가운데 효율이 가장 높다.
양방향 SOFC는 수소를 생산하는 고체산화물전해조(SOEC) 기능을 가지면서 연료전지 기능을 갖는 SOFC다. 양방향 SOFC를 구현하기 위해 코발트 기반 페로브스카이트 전극이 주로 사용됐다. 이 때 전해질로 지르코니아를 쓰는데, 고온에서 성능이 저하되는 문제가 있었다. 이를 막기 위해 페로브스카이트(전극)와 지르코니아(전해질) 사이 산화세륨을 도입하는 연구가 진행돼 왔다. 그런데 이 경우엔 구조가 너무 두꺼워져 연료전지 성능과 안정성이 낮아지는 문제가 생겼다.
연구팀은 치밀하게 다중도핑한 산화세륨 나노 젤라틴 박막을 제작해 양방향 SOFC에 적용했다. 연구팀에 따르면 이렇게 개발된 양방향 SOFC는 동일 소재를 사용한 연료전지 가운데 가장 높은 성능(3.5W/㎠, 750도)을 보였다. 수소 생산은 세계 최고 성능을 나타냈고, 열화 없이 1500시간동안 안정적으로 구동했다.
이강택 교수는 "이번 연구에서 사용된 공정은 대면적 양산시스템에 쉽게 적용할 수 있는 기술"이라며 "상용화를 기대한다"고 말했다.
이해성 기자
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