단국대 서한길 교수, 고체산화물 연료전지 수명연장 기술 개발

연료전지는 화학물질을 연료로 사용해 전기에너지를 발생시키는 장치를 말한다. 높은 발전 효율을 보이며 오염물질 배출이 적어 차세대 에너지 시스템의 대표주자로 꼽힌다. 그 중 세라믹 기반의 고체산화물 연료전지(SOFC·Solid Oxide Fuel Cell)는 고온에서도 안정적으로 작동하는 안정성과 경제성으로 업계의 관심을 받으며 활발한 연구가 이뤄지고 있다.

고체산화물 연료전지는 수소뿐만 아니라 다양한 연료를 사용할 수 있으며 현존하는 연료전지 가운데 가장 높은 변환 효율을 가지고 있다. 또 전기와 열을 동시에 활용할 수 있어 이동형 전원장치부터 대형 발전소까지 적용의 폭이 매우 넓은 장점이 있다.

하지만 연료전지는 섭씨 700℃ 이상의 고온에서 작동하기 때문에 장시간 구동 시 세라믹 전극 표면이 열화되어 연료전지 효율이 크게 감소한다는 단점이 있어 상용화에 큰 걸림돌이 돼왔다.

서한길 교수팀은 칼슘을 활용해 연료전지 전극표면의 열화현상을 획기적으로 개선하는 기술을 개발했다. 작동 중 외부 불순물에 의해 산성화된 전극 표면에 염기성 첨가제인 칼슘을 침투시켜 40% 이상 열화된 연료전지의 출력을 완전히 회복시켰을 뿐만 아니라 초기 성능 대비 160%까지 성능을 향상시켰다.

서 교수는 "이번 연구는 연료전지의 고질적인 전극 성능 저하 문제를 해결하여 연료전지 수명을 재연장시키는 데 중요한 의미를 제공했다"며 "연료전지뿐만 아니라 다양한 에너지 변환 및 저장 기술에 중요한 영향을 미칠 전망이다"고 말했다.

서 교수가 제1저자 및 공동교신으로 참여한 이번 연구는 환경 공학 분야 국제 저명 학술지 '어플라이드 카탈리시스 비: 인바이러멘트 & 에너지(Applied Catalysis B: Environment and Energy, IF :22.2)‘ 에 5월 10일 자로 온라인 게재됐다. 논문명은 'Reversal of chronic surface degradation of Sr(Ti,Fe)O3 perovskite-based fuel cell cathodes by surface acid/base engineering(표면 산/염기 공학을 통한 Sr(Ti,Fe)O3 페로브스카이트 기반 연료전지 전극의 고질적 표면 열화 회복'이다.

한편, 이번 연구는 과학기술정보통신부의 해외우수연구기관 협력허브 구축사업 및 한국연구재단-나노 및 소재 기술개발사업의 지원으로 수행됐다.