세종대 박준영 교수 연구팀, 다종이온 전도성 미스핏 구조 양극 신소재 개발

[서울경제TV=정훈규기자] 세종대학교는 나노신소재공학과 박준영 교수 연구팀이 전남대학교 신소재공학부 송선주 교수 연구팀, 미국 메릴랜드 대학 Eric D. Wachsman 교수와 함께 양방향 프로톤 세라믹연료전지(RPCC: Reversible Protonic Ceramic Cell)용 다종이온 전도성 미스핏(misfit) 구조 양극 신소재를 개발했다고 5일 밝혔다.

화학에너지를 전기에너지로 직접 전환해 전력을 생산하는 고체산화물 연료전지(SOFC: Solid Oxide Fuel Cell)는 국내외적으로 대용량 발전사업에 적용되고 있다. 반면 SOFC용 산소이온전도성 지르코니아 기반 전해질은 작동 온도(>700℃)가 높아, 최근 중저온(500~700 ℃)에서 작동 가능한 프로톤전도성 전해질로 대체해 제품의 수명을 연장하고, 발전 효율을 높일 수 있는 PCFC (Protonic Ceramic Fuel Cell)에 대한 관심이 증대되고 있다.

중저온에서 작동하는 PCFC는 탄화수소를 직접 연료로 사용할 수 있는 고효율 친환경 발전 기술이다. 또한 고온 수증기를 연료전지 가역반응으로 전기분해하여 수소를 생산하는 PCEC (Protonic Ceramic Electrolysis Cell)도 차세대 고효율 그린 수소 생산 기술로 큰 관심을 받고 있다. PCFC와 PCEC는 프로톤과 함께 산소환원 및 발생반응 속도가 빠르고, 전극전위에서 안정적인 공기극 소재 기술이 성능에 가장 큰 영향을 미친다.

공동연구진은 이번 연구에서 산소이온과 프로톤 등 양이온과 음이온이 동시에 전달 가능한 높은 전자전도체 신조성 전극을 개발해 전극 반응을 극대화 시킴으로써 발전 성능을 향상시켰고, 전극에 대한 반응 메커니즘을 규명했다.

또한 개발된 양방향 RPCC 기술은 한 개의 전기화학장치에서 PCFC 발전을 통한 전력 생산과 더불어 유휴 전력을 이용해 물을 전기분해 함으로서 그린 수소도 생산이 가능하다는 것을 실험적으로 증명했다. /cargo29@sedaily.com