화학용액 침투공정···고온에서 나노 촉매 합성 메커니즘 규명
윤경중 KIST 박사 연구팀 "가역 고체산화물전지 상용화 기대"

나노촉매 제조 과정(왼쪽), 나노 촉매가 접합된 전극 구조 (오른쪽).<사진=KIST 제공>
나노촉매 제조 과정(왼쪽), 나노 촉매가 접합된 전극 구조 (오른쪽).<사진=KIST 제공>
수소를 연료로 전기를 생산하는 가역 고체산화물전지가 미래 청정에너지 기술로 주목받고 있다.

국내 연구팀이 고온에서 작동하는 가역 고체산화물전지 성능과 안정성을 획기적으로 향상시킬 수 있는 나노 촉매 기술을 개발했다.

KIST(한국과학기술연구원·원장 이병권)는 윤경중 고온에너지재료연구센터 박사 연구팀이 고온에서 안정된 구조를 유지할 수 있는 나노 사이즈 촉매를 개발하고, 이를 가역 고체산화물전지에 적용해 전력·수소 생산 효율을 향상시키는 기술을 개발했다고 27일 밝혔다.

가역 고체산화물전지는 700도 이상의 높은 온도에서 작동하는데, 이러한 고온 환경에 나노 소재가 노출될 경우 화학적·구조적 변형이 발생한다. 따라서 이 분야에 나노 기술을 적용하는 것은 한계가 있었다.

연구팀은 나노 촉매의 형상·크기·분포를 정확히 조절할 수 있는 화학용액 침투공정을 개발해 이 문제를 해결했다.

온도가 높아지는 과정에서 화학용액으로부터 나노 촉매가 형성되는 메커니즘을 규명하고, 화학적·구조적 특성을 결정하는 단계들을 제어해 700도 이상의 고온에서도 안정적인 나노 촉매가 접합된 고성능 전극을 제조했다.

또 연구팀은 일반적인 화학용액 침투 공정과 달리 용액의 건조가 일어나기 전 화학적으로 침전을 일으키고 침전물을 전극 표면에 부착시키는 기술을 개발했다. 건조되는 과정에서 발생되는 불확실성을 제거하고 나노 촉매 분포와 크기를 정확히 제어할 수 있었다.

그 결과 기존 전극이 적용된 연료전지에 비해 전력생산은 1.5배, 수소 생산량은 2배 이상 향상됐다. 장시간 동안 나노소재 변형으로 인한 성능 감소가 전혀 발생하지 않는 안정적인 특성을 나타냈다. 

윤경중 박사는 "이번 나노 촉매 기술 개발과 구현된 고성능 전극으로 다양한 나노 기술들이 고온에서 안정적으로 사용될 수 있는 플랫폼을 제공할 것"이라며 "가역 고체산화물전지 상용화를 앞당기는데 크게 기여할 것"이라고 말했다.

이번 연구결과는 '나노에너지' 온라인판에 18일 자로 게재됐다.

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