부탄가스로도 작동하는 세라믹 연료전지 개발…소형 모빌리티로 확대·적용 기대

국내 연구진이 600°C 이하서 작동하는 세라믹 연료전지를 개발했다. 그동안은 800°C 이상에서 작동했다. 작동 온도를 낮춤으로 활용 범위가 전기차·로봇·드론 등 다양한 분야로 넓어졌다.

세라믹 연료전지는 통상 800℃ 이상의 고온에서 작동하는 특징이 있다. 고온작동의 특성상 시동-정지-재가동에 시간이 오래 걸리고 비싼 소재와 제조 기술이 필요해 대형 발전용 외에 응용처가 많지 않았다.

이에 작동온도를 낮추면서도 성능 손실이 없는 박막기반 세라믹 연료전지 연구가 활발히 이어졌다.

문제는 작동온도를 낮추면 다양한 연료를 사용할 수 있는 세라믹 연료전지의 장점이 사라진다는 것이다.

손지원 박사팀은 이 문제를 전해질과 접하고 있는 연료극의 근접부위에 고성능 2차 촉매를 박막공정으로 삽입하는 방법으로 해결했다.

기존 연료극 소재인 니켈-전해질 복합체 박막층과 2차 촉매 금속 박막층을 교차로 증착해 나노구조 특성은 그대로 유지하면서, 2차 촉매가 균일하게 분포될 수 있도록 박막층의 두께와 층수를 최적화했다.

연구팀은 시중에서 손쉽게 구할 수 있는 부탄 연료를 사용해 중저온 작동온도 영역인 500~600℃에서 새로 개발한 박막기반 세라믹 연료전지가 구동하는 것을 확인했다.

손지원 박사는 "이번 연구를 통해 저온에서 작동하는 세라믹 연료전지의 다양한 연료사용 가능성을 확인했다"며 "다양한 소형 모빌리티로 연구결과가 응용될 것이라 기대한다"고 밝혔다.