[테크월드=선연수 기자] 한국과학기술연구원(KIST) 에너지소재연구단 김형철 박사팀이 서울대학교 최만수 교수팀과 공동연구를 통해 3차원 구조의 고성능 고체산화물 연료전지(Solid Oxide Fuel Cell) 개발에 성공했다.

KIST 김형철 박사의 설명에 따르면 성능, 안전성, 대면적화, 양산성과 같은 모든 평가 지표들을 동시에 만족시키는 결과물은 이번이 처음이다.

 

고체산화물 연료전지는 750℃ 이상의 고온에서 작동되며 발전용 친환경 에너지원으로 사용된다. 그러나 고온 환경에서의 신뢰성, 공정 비용 문제 등이 해결 과제였다. 이에 KIST와 서울대 공동 연구진은 고분자-세라믹 복합체로 구성된 음극 기판에 마이크로미터 크기의 피라미드 모양을 새겨, 3차원 음극 기판을 제작하는 세라믹 마이크로패터닝 공정을 개발해냈다. 세라믹 마이크로패터닝(Micro-patterning)과 박막기반 입체 공정기술이 적용돼 기존 평면 구조 연료전지 대비 성능도 50% 이상 향상시킬 수 있게 됐다.

실제 실험을 통해 16㎠ 이상의 대면적화 시연을 통해 작동 온도 500℃기준 13W 이상의 출력이 확인됐다. 이는 현재까지 보고된 저온형 세라믹 연료전지 중 가장 우수한 성능이다. 연구진은 후속 공정인 박막 공정을 통해 여러 층을 갖는 구조로 패터닝에 성공해 3차원 입체 구조를 갖는 멀티스케일 고체산화물 연료전지도 최종적으로 구현했다. 

 

이번에 개발된 기술은 소재에 제한받지 않는 구조적인 개선과 우수한 대면적화를 시행할 수 있어, 세라믹 연료전지로 알려진 고체산화물 연료전지의 상용화를 앞당기는데 크게 기여할 것으로 기대된다.

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