[가스신문=남영태 기자] KIST 고온에너지재료연구센터 손지원 박사팀과 고려대학교 기계공학과 심준형 교수팀이 공동으로 고온형 연료전지인 고체산화물연료전지가 저온에서도 작동할 수 있는 기술을 개발해 주목된다.

지난 23일 한국과학기술연구원(KIST)는 손지원 박사와 심준형 교수팀이 공동으로 화학·기계적으로 안정적인 이트륨이 도핑된 바륨지르코네이트(Y:BaZrO₃, 이하 BZY) 전해질의 박막화에 성공해, 수소이온 세라믹 연료전지를 개발했다고 밝혔다.

고체산화물연료전지는 연료전지 중에서도 고온형 연료전지로 꼽히고 있다. 특히 고체산화물연료전지는 소재 안정성 및 높은 효율, 저가 촉매 사용 등의 장점들로 인해 차세대 유망 연료전지 시스템으로 많은 관심을 받고 있다.

그러나 ‘산소이온’ 전도막을 전해질로 사용하기 때문에, 높은 온도에서는 장기안정성 저하로 상용화에 걸림돌로 작용했다.

이에 연구팀은 기존 산소이온 전도막의 대체 물질로 ‘수소이온’ 전도체 세라믹에 주목했다.

공동 연구팀에 따르면 수소이온은 산소이온보다 작고 가벼워 일반적으로 수소이온 세라믹은 산소이온 세라믹에 비해 전도도가 수십에서 수백 배 높다고 설명했다. 특히 BZY는 수소이온 세라믹 중에서 전도도가 가장 높은 대표적 물질로, 뛰어난 화학적 안정성을 가지고 있다는 것이다.

그 결과, 공동 연구팀은 최적화된 다층 나노구조 지지체를 이용해 화학·기계적으로 안정적인 초박막 BZY 전해질 증착에 성공했고, 제작된 초박막 BZY 기반 연료전지는 기존 BZY 기반 연료전지에 비해 출력밀도가 약 10배에 달했다고 밝혔다.

KIST 손지원 박사는 “이번 고성능 BZY 연료전지 개발의 성공은 저온 세라믹 연료전지의 새로운 패러다임을 제시했다”며 “이를 통해 세라믹 연료전지의 사용 영역이 기존 분산발전원을 뛰어넘어 가정용, 이동형 전원으로도 확대될 수 있을 것”이라고 밝혔다.

한편, 이번 연구는 미래창조과학부 일반연구자지원사업, 글로벌프런티어 연구사업, KIST 미래원천연구사업 및 교육부의 BK21 플러스사업의 지원으로 수행됐다. 연구결과는 저명 국제 학술지인 ‘네이처 커뮤니케이션즈’에 지난 23일자로 게재됐다.