[가스신문=남영태 기자] 울산과학기술원(UNIST) 김건태 에너지 및 화학공학부 교수팀은 신지영 숙명여대 교수, 한정우 서울시립대 교수, 정후영 UCRF 교수와 공동연구를 통해 고체산화물연료전지의 성능을 높일 새로운 촉매 개발에 성공했다고 5일 밝혔다.

최근 높은 발전효율을 보이는 고체산화물연료전지(SOFC)는 전 세계적으로 셰일가스를 비롯한 천연가스, 메탄, 프로판, 부탄가스 등 탄화수소를 직접 연료로 사용할 수 있도록 기술개발이 활발하게 진행되고 있다. 그러나 기존 SOFC에 사용되는 촉매가 탄화수소 계열의 연료 사용 시 연료에 포함된 탄소나 황 등으로 촉매 표면이 오염돼 성능이 급격히 떨어진다는 문제점이 있었다.

이러한 문제점을 해결하기 위해 김건태 교수 공동 연구팀은 이중층 페로브스카이트(Layered Perovskite) 구조에 집중했고, 그 결과 전기 생산에 필요한 화학반응을 돕는 물질인 코발트, 니켈을 이중층 페로브스카이트 구조에 심어두었다가 연료전지가 자동하면 저절로 올라와 합금을 형성하도록 했다.

특히 연구팀은 개발된 촉매의 성능실험을 진행한 결과, 메탄가스를 연료로 직접 사용했을 때 500시간 이상 전류의 강하가 전혀 없이 안정적으로 작동했다고 설명했다. 또 촉매의 활성화 정도에서도 기존에 보고된 촉매보다 약 4배 뛰어난 반응 효율을 보였다고 연구팀은 밝혔다.

이번 공동연구의 제1저자인 권오훈 에너지공학과 석‧박사통합과정 연구원은 “코발트와 니켈은 SOFC 작동 시 효과적인 촉매 물질로 알려져 있다”며 “기존에는 전극을 만들 때 이들 물질을 추가했는데, 새로운 촉매는 SOFC 작동 시 표면으로 올라와 ‘코발트-니켈 합금’을 이루면서 성능을 유지했다”고 설명했다.

더불어 연구를 총괄한 김건태 교수는 “기존 SOFC 연료극 소재(촉매)는 탄화수소 연료를 직접 사용했을 때 초기에 높은 성능을 보여도 오랫동안 안정적으로 작동하기는 어려웠다”며 “새로 개발한 금속 합금 촉매는 우수한 촉매 성능을 보여 연료전지의 대중화에 크게 기여할 기술이 될 것”이라고 기대했다.

한편, 이번 연구는 ‘촉매 물질이 스스로 합금을 이뤄 반응 효율을 높이는 현상’을 최초로 보고해 ‘재료화학 A(Journal of Materials Chemistry A)’에서 ‘주목할 논문(Hot Paper)’으로 선정됐다.