차세대 세라믹 연료전지 효율 10배 높였다

고려大-KIST 공동연구팀 성공… 400도서 구동해 상용화 길 열어

국내 연구진이 차세대 친환경 에너지원으로 꼽히는 연료전지의 효율을 극대화하는 방법을 개발했다.

심준형 고려대 기계공학과 교수팀은 손지원 한국과학기술연구원(KIST) 책임연구원 팀과 함께 기존보다 효율을 최대 10배 높인 세라믹 연료전지를 개발했다고 23일 밝혔다.

전기화학적으로 연료를 직접 전기로 변환하는 연료전지는 섭씨 400∼500도 온도에서 최적 효율을 나타낸다. 기존 플라스틱 기반 연료전지는 고온에선 구조가 변형되기 때문에 섭씨 100도 이하에서 구현됐다. 도자기 재질의 세라믹 연료전지는 섭씨 800∼900도의 고온에서 작동하기 때문에 최적 성능을 구현하긴 힘들었다.

연구진은 섭씨 400도의 온도에서 구동 가능한 세라믹 연료전지를 개발해 이 문제를 해결했다. 세라믹 연료전지에 사용하던 산소이온 전해질을 수소이온 전해질로 대체했다. 산소이온은 온도를 낮추면 성능이 기하급수적으로 떨어져 전해질로 쓰기엔 한계가 있다.

연구진은 수소이온 중 전기전도도가 높은 대표적 물질 ‘바륨지르코네이트(BZY)’를 얇은 박막 모양으로 만들어 효율을 높였다. 벌크(덩어리) 형태에 비해 박막은 저항이 작아 전기를 더 잘 전달한다.

새 전해질을 적용한 세라믹 연료전지는 기존 벌크 BZY 연료전지보다 섭씨 400도에서 최대 10배 높은 출력밀도를 나타냈다. 같은 양의 연료로도 10배 많은 전기에너지를 얻는다는 의미다.

심 교수는 “고성능 BZY 연료전지 개발로 세라믹 연료전지의 사용 영역이 기존의 발전소를 넘어 가정이나 이동형 전원으로 확대될 것”이라고 말했다.

이 연구 결과는 ‘네이처 커뮤니케이션스’ 23일자 온라인판에 실렸다.
　
권예슬 동아사이언스 기자 yskwon@donga.com