국립한밭대 김정현 교수팀, 차세대 연료전지 성능 향상 공기극 조성 규명

[대전타임뉴스=홍대인 기자] 국립한밭대학교(총장 오용준) 신소재공학과 김정현 교수 연구팀이 차세대 고체산화물 연료전지(SOFC)의 성능을 크게 향상시킬 수 있는 새로운 공기극 조성의 특성을 규명했다고 25일 밝혔다.

이번 연구는 코발트(Co)와 철(Fe) 치환 효과를 밝혀냄으로써 중·저온 고체산화물 연료전지(IT-SOFC)용 공기극 설계 전략을 제시할 수 있는 가능성을 확인했다.

연구 성과는 한밭대 석사과정생 홍유택 씨가 제1저자로 참여했으며, 지난 23일 한국세라믹학회 SCI 학술지 ‘Journal of Korean Ceramic Society’ 온라인판에 게재됐다.

연구팀은 적층형 페로브스카이트 구조의 SmBaCo2xFe2(1-x)O5+δ(SBCF) 조성을 합성해 Co와 Fe의 치환 비율에 따른 전기적·전기화학적 특성을 체계적으로 분석했다.

그 결과 Co 치환량이 높은 조성(x≥0.7)에서 최소 100S/cm 이상의 전도도를 확보했으며, 특히 SBCF 1.8–0.2_1200 조성은 300℃에서 764.99S/cm의 최고 전도도를 기록했다.

또한 SBCF와 CGO91을 혼합한 복합 공기극 중 SBCF 1.8–0.2_1100 조성은 700℃에서 0.06Ω·㎠의 낮은 면적비저항(ASR)을 나타내며 탁월한 전기화학적 성능을 입증했다.

연구팀은 이러한 성능 향상이 이온 수송 개선, 열팽창 불일치 감소, 삼상경계면(TPB) 확장 효과에 기인한다고 설명했다.

김정현 교수는 “Co와 Fe의 치환을 통한 조성 제어가 전기전도도와 전극 성능에 미치는 영향을 규명했다"며 “최적 조성을 도출해 차세대 IT-SOFC용 공기극 설계에 새로운 방향을 제시한 성과"라고 말했다.

제1저자인 홍유택 석사과정생도 “실제 작동 환경에서 활용 가능한 공기극 설계 전략을 제시한 점에서 의미가 크다"고 밝혔다.

이번 연구는 국립한밭대학교와 ㈜엑센(EXSEN), 브루나이다루살람대학교(Universiti Brunei Darussalam), 한국표준과학연구원이 공동 수행했으며, 과학기술정보통신부 ‘충청권 분산 에너지 대응 에너지기술공유대학(No. RS-2024-00394769)’ 지원을 받아 이뤄졌다.