KAIST, 수증기 유도 자발적 촉매 형성 전략으로 고성능 양방향 연료전지 구현

성균관대학교는 김준혁 성균에너지과학기술원(SIEST) 및 미래에너지공학과 교수 연구팀이 정우철 서울대 교수, 이강택 KAIST 교수, 정인철 한국지질자원연구원(KIGAM) 박사 연구팀과 공동으로 '수증기 유도 촉매 형성 기술'을 이용한 고성능 양방향 연료전지(RePCEC) 개발에 성공했다고 20일 밝혔다.

왼쪽부터 성균관대 김준혁 교수, 서울대 정우철 교수, KAIST 이강택 교수, (아랫줄 왼쪽부터) 서울대 안세종 박사, KAIST 김동연 박사, KIGAM 정인철 박사

양방향 연료전지는 하나의 장치로 전기를 만들어내는 발전기이자, 수소를 생산하는 장치로 사용할 수 있어 미래수소경제를 이끌 핵심 기술로 주목받고 있다. 그러나 산소극의 반응 속도가 느려 효율이 떨어지는 문제가 있었다. 특히 기존 자발적 촉매 형성 기술(Ex-Solution)에는 수소가 주로 사용돼 산소가 많은 환경에서는 촉매를 안정적으로 형성하기 어려워 성능 개선이 쉽지 않았다. 연구팀은 이러한 한계를 해결하기 위해 수소 대신 수증기를 활용한 새로운 촉매 형성 전략을 제시했다. 기존 방식은 강한 수소 환원 조건이 필요했지만, 이번 연구는 수증기가 금속 원자의 이동을 자연스럽게 유도하도록 설계했다. 그 결과 고온의 산화 환경에서도 스스로 금속 나노입자가 형성되는 '자발적 촉매 형성 현상'을 확인했다. 이 기술을 적용한 전극은 기존 전극에 비해 전력 생산 효율이 약 40% 향상, 수소 생산 능력 또한 크게 개선됐다. 즉 하나의 연료전지가 수소를 만들 때도, 전기를 생산할 때도 모두 더 효율적으로 작동하게 된 것이다.

본 연구는 ACS Energy Letters (IF: 18.2)에 게재되었다. (Title: Promotion of Reversible Fuel-Power Generation in Protonic Ceramic Electrochemical Cell via Water-Mediated Ex-solution)

출처: ACS Energy Letters, DOI: https://doi.org/10.1021/acsenergylett.5c02146

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