전극 소재의 전기적 특성과 안전성을 향상시켜 성능과 긴 수명을 갖는 연료전지 전극 소재가 개발됐다.

한국과학기술원(KAIST) EEWS 대학원의 니콜라이 츠베코프(Nikolai Tsvetkov) 박사는 최근 페로브스카이트 산화물을 표면에 처리하는 방법으로 기존보다 30배 증가된 성능과 긴 수명을 갖는 연료전지의 전극 소재를 개발했다고 밝혔다.

이번 연구에 사용된 페로브스카이트 산화물은 최근 수 년간 연료전지를 비롯한 비휘발성 메모리, 이산화탄소의 광 변화 등 다양한 분야에 활용 가능한 소재로 국내외 활발한 연구가 진행돼 왔다. 하지만 고온에서 수분과 공기에 노출되면 산화물 표면에 화학적으로 불안정해지는 특성이 있어 연료전지, 메모리 등의 수명과 성능을 저하시키는 주요 원인이 됐다. 이는 페로브스카이트 산화물 원소 중 스트론튬이 표면에서 산화물 절연막을 형성해 전자절달 및 산소교화반응을 방해해 발생하는 현상 때문이다.

니콜라이 박사 연구팀은 이러한 문제 해결을 위해 다양한 이종원소를 이용해 표면에 존재하는 산소 원자결함을 선택적으로 제거하는 기술 개발을 진행했으며 이를 통해 반응을 방해하는 표면의 절연층 형성을 억제하고 우수한 전기적, 촉매적 특성 및 반응속도를 갖는 소재 개발에 성공했다.

연구팀에 따르면 촉매로서의 활성이 없는 것으로 알려진 하프늄을 사용해 기존 소재 대비 연료전지 전극의 성능을 30배 증가시켰고 소재의 안정성도 대폭 향상시켰다고 설명했다. 특히 연구팀은 기존에 알려지지 않은 새로운 현상으로 그동안 연료전지 성능 향상에 가장 큰 걸림돌이었던 전극 표면에서의 산소환원방응의 원인을 이론적으로 규명했으며 고체산화물연료전지의 안정성에 대한 해답을 제시했다.

니콜라이 박사는 “극소량의 이종원소 표면처리 기술을 이용해 연료전지를 비롯한 다양한 분야의 전기화학촉매가 될 것”이라며 “기존의 기술적 한계를 극복하는 핵심기술로 널리 활용될 수 있을 것”이라고 말했다.