서울과학기술대 안지환 교수연구팀이 저온형 고체산화물연료전지 개발에 성공했다. 특히, 기존 저온형 고체산화물 연료전지가 안고 있던 저발전 성능 문제점을 50% 이상 개선해 제품 상용화 물꼬를 텄다.

서울과학기술대학교는 글로벌융합산업공학과·일반대학원 스마트생산융합시스템공학과 안지환 교수 연구팀이 최신 반도체 공정을 활용해 무기 박막 전해질을 연료로 사용하는 고성능 저온형 고체산화물 연료전지 개발에 성공했다고 30일 밝혔다.

고체산화물 연료전지는 수소 뿐 아니라 천연가스·알콜 등 다양한 연료를 에너지원으로 활용해 높은 효율로 전기 에너지 변환이 가능하다. 이러한 장점 때문에 차세대 연료전지로 주목받고 있다.

특히, 안교수 연구팀이 개발한 저온형 고체산화물 연료전지는 500℃ 미만 온도에서 작동할 뿐만 아니라 상용화의 큰 걸림돌로 작용한 낮은 발전 효율를 50% 이상 개선, 휴대용 전원 등 실생활 분야에 활용도가 높을 전망이다.

기존 고체산화물 연료전지는 800℃ 이상 고온에서 작동해 발전효율이 높은 반면 전해질 손실로 전해질을 보충해 줘야야 하고 전지가 부식하는 문제를 안고 있어 실생활 적용에 제약이 있다.

안지환 교수팀은 다공성 나노 구조 기판에 원자층 증착 공정을 적용한 샌드위치 모양의 연료전지 전해질막을 최적으로 설계·제작해 발전 성능을 높였다. 원자층 증착법은 얇은 막을 원자층 단위로 정밀하게 증착할 수 있는 기술이다. 기존 저온형 고체산화물 연료전지의 최고 성능을 50% 이상 개선한 고성능 박막 연료전지 개발을 이끌어 냈다.

또한, 기존 고체 산화물 연료전지 생산 공정 대비 양산이 용이해 향후 고체산화물 연료전지 상용화를 앞당길 것으로 기대된다.

이 연구결과는 기존 배터리 대비 수배~수십배의 에너지 밀도로 인해 방전 걱정이 없는 휴대폰· 노트북 충전에 응용될 수 있다. 특히 최근에는 4시간 이상 장시간 연속 비행이 가능한 드론용 전원 시스템 등에 활용할 수 있다.

이번 연구개발 성과는 영국 왕립화학회(Royal Society of Chemistry)에서 발간하는 화학소재 분야 최우수 과학 저널인 '재료화학A 저널, IF 8.867'의 전면 표지 논문으로 선정되었다(제 1저자 오성국 석사, 공동저자 신정우·양병천 석사).

한편 안교수팀 연구는 교육부 이공계 개인기초연구 지원사업, 산업통상자원부 창의융합특성화 인재양성사업의 지원을 받아 수행했다. 안지환 교수팀 이외 서울과기대 장동영 교수, 미국 스탠포드대 박준석 박사, 휴렛패커드연구소 지아밍 장(Jiaming Zhang) 박사가 참여하였다.

안수민기자 smahn@greendaily.co.kr