이중층 구조를 적용한 다상 혼합이온전도체 기반 고체산화물 연료전지 내구성 향상 연구 (사진=창원대 제공)

창원대학교 BK21 소재혁신선도 플랫폼 교육연구단 석사과정 김영제 학생(지도교수 임형태)이 참여한 논문이 에너지·전기화학 분야 국제저명 학술지인 ‘Journal of Power Sources(Impact Factor 9.127, energy&fuel 분야 상위 10.96%)’ 최신호(온라인판 9월 10일)에 게재됐다.

제목은 ‘수소연료전지 내구성 향상을 위한 신개념 다상 혼합이온전도체 고체산화물 전해질에 관한 연구(Design concept of co-ionic conducting solid oxide electrolyte for stable operation in a cell-imbalanced fuel cell stack)’다.

해당 논문의 공동 제1저자인 김영제 학생은 2020년 3월 창원대학교 소재융합시스템공학과 석사과정으로 입학했으며, 현재 고체산화물 연료전지 열화 억제 및 진단 기술 개발 프로젝트에 참여하고 있다.

고체산화물 연료전지(SOFC)는 효율이 높고 다양한 연료를 사용할 수 있으며 귀금속 촉매가 필요하지 않다는 장점이 있어 차세대 에너지 변환 시스템으로 각광받고 있다. 하지만 고온 열화 현상으로 인해 스택 장기 내구성 확보에 어려움을 겪는 실정이다.

이번 연구에서는 저온 작동이 가능하고 연료극에서의 연료 희석 현상을 완화할 수 있는 저온형 타입의 다상 혼합이온전도체(co-ionic conductor) 전해질을 제조했으며, 이중층 구조를 적용해 전극/전해질 계면에서의 산소분압 증대를 억제하는 데 성공했다.

이러한 소재 기술을 바탕으로 단위 셀 간의 성능 편차(cell-imbalance)가 존재하는 스택 내에서도 안정적인 작동이 가능한 고내구성 저온형 SOFC 기술을 확보했다.

한편, 이번 연구는 한국연구재단 ‘중견연구자지원사업’과 ‘4단계 BK21사업’ 등 지원을 받아 수행됐다.