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[투데이에너지 신일영 기자] 고온 환경에서도 성능 저하를 최소화한 고체산화물전지(SOC)용 전극 기술이 국내 연구진에 의해 개발됐다.

이 기술은 수소를 이용한 전력 생산은 물론, 이산화탄소를 유용한 물질로 전환하는 데에도 활용 가능해 주목된다.

울산과학기술원(UNIST) 신소재공학과 조승호 교수 연구팀은 포항공과대학교, 서울대학교, 중국 난징정보과학기술대학교 연구진과의 공동 연구를 통해 이중층수산화물 기반의 신규 전극 소재를 구현했다고 밝혔다.

고체산화물전지는 수소나 메탄 등의 연료로 전기를 생산하는 장치로, 전기를 공급하면 반대로 수소를 생성하거나 이산화탄소를 분해해 일산화탄소를 생산하는 등 양방향 운전이 가능한 것이 특징이다. 이러한 특성 덕분에 에너지 저장과 온실가스 활용 기술로도 활용 가능성이 크다.

이번에 개발된 전극은 지지체와 촉매가 모두 금속 구조로 구성돼 높은 내구성을 확보한 것이 특징이다. 실제 실험에서 해당 전극을 적용한 결과, 약 800℃ 조건에서 수소를 연료로 사용할 경우 기존 대비 약 1.5배 높은 최대 출력(1.57 W/cm²)을 기록했다.

또한 이산화탄소를 분해하는 조건에서도 약 200시간 동안 안정적인 작동을 유지하며 내구성을 입증했다.

연구팀은 이중층수산화물의 구조적 특성을 활용해 금속 기반 전극을 구현했다. 코발트와 철 이온이 포함된 물질을 공기 중에서 1차 열처리해 금속 합금 형태의 지지체를 형성한 뒤, 수소 분위기에서 추가 가열을 진행하면 촉매 역할을 하는 나노 입자가 표면으로 형성되는 방식이다.

아울러 전극 내에 첨가제(GDC)를 도입해 산소 이동을 원활하게 함으로써 반응 효율을 더욱 끌어올렸다. 연구진은 다양한 온도와 환경에서의 구조 변화를 분석해 최적의 합성 조건을 도출했다.

연구진은 “전극의 내구성이 향상되면 교체 주기가 줄어들어 시스템 운영 비용 절감 효과가 기대된다”며 “수소 생산과 전력 생성, 그리고 이산화탄소 활용까지 연계 가능한 핵심 기술로 발전할 수 있을 것”이라고 설명했다.

이번 연구에는 UNIST, 서울대학교 등 국내 연구진이 주요 저자로 참여했으며, 연구 결과는 재료 분야 국제 학술지 『어드밴스드 펑셔널 머티리얼즈』에 게재됐다.

출처 : 투데이에너지(https://www.todayenergy.kr/)