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울산과기원 연료전지 성능 높이는 촉매 개발

송고시간2018-09-05 14:09

고체 산화물 연료전지(SOFC)의 성능을 높일 새로운 연료극 소재(촉매) 개발 연구를 주도한 UNIST 연구진.왼쪽부터 권오훈 연구원, 김건태 교수, 주상욱 연구원, 시바프라카시 생고단 박사. [울산과학기술원 제공]

고체 산화물 연료전지(SOFC)의 성능을 높일 새로운 연료극 소재(촉매) 개발 연구를 주도한 UNIST 연구진.왼쪽부터 권오훈 연구원, 김건태 교수, 주상욱 연구원, 시바프라카시 생고단 박사. [울산과학기술원 제공]

(울산=연합뉴스) 허광무 기자 = 울산과학기술원(UNIST) 연구진이 연료전지의 전기 생산을 돕는 촉매 개발에 성공했다.

김건태 에너지 및 화학공학부 교수팀은 신지영 숙명여대 교수, 한정우 서울시립대 교수, 정후영 UNIST 교수와 공동으로 고체 산화물 연료전지(SOFC)의 성능을 높일 새로운 연료극 소재(촉매)를 개발했다고 5일 밝혔다.

SOFC는 공기 중 산소를 수소나 탄화수소 등 연료와 반응시켜 전기를 생산하는 장치다. 유해물질 배출이 적고, 작동하면서 나오는 열까지 활용할 수 있어 발전효율이 90% 이상으로 알려졌다.

수소는 청정 에너지원이지만, 아직 생산과 저장이 까다로운 단점이 있다. 이 때문에 셰일가스, 천연가스, 메탄 등 탄화수소를 직접 쓰는 SOFC 개발이 활발하다.

그런데 탄화수소 계열의 연료를 쓰면 SOFC에 사용되는 촉매 성능이 떨어진다는 문제가 있다. 탄화수소 계열 연료에 포함된 탄소나 황 등으로 촉매 표면이 오염되면서 성능이 악화하는 것이다.

김 교수팀은 이중층 페로브스카이트(부도체·반도체·도체의 성질은 물론 초전도 현상까지 갖는 금속 산화물) 구조로 설계한 새로운 촉매로 문제를 해결했다.

전기 생산에 필요한 화학반응을 돕는 물질(코발트, 니켈)을 이중층 페로브스카이트 구조에 심어뒀다가, 연료전지가 작동하면 저절로 올라와 합금을 형성하도록 한 것이다.

이렇게 개발한 촉매는 메탄가스를 연료로 직접 사용해도 500시간 이상 전류의 강하가 전혀 없이 안정적으로 작동했다. 촉매 활성화 정도만 따져도 기존 보고된 촉매보다 4배 뛰어난 반응 효율을 보였다.

김 교수는 "기존에는 전극을 만들 때 코발트와 니켈 등을 추가했는데, 새로운 촉매는 SOFC 작동 시 표면으로 올라와 '코발트-니켈 합금'을 이루면서 성능을 유지했다"면서 "새로 개발한 금속 합금 촉매가 연료전지 대중화에 크게 이바지할 기술이 될 것"이라고 밝혔다.

이 연구는 국제적인 학술지 '재료화학 A'(Journal of Materials Chemistry A)에 '주목할 논문'으로 선정돼 게재됐다.

hkm@yna.co.kr

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