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연료전지는 화학물질을 연료로 사용해 전기에너지를 발생시키는 장치를 말한다. 높은 발전 효율을 보이면서도 오염물 배출이 적어 차세대 에너지 시스템으로 꼽힌다. 특히 이 가운데 세라믹 기반의 고체산화물 연료전지는 고온에서도 작동하는 안정성과 경제성으로 관련 연구가 활발히 진행 중이다.
고체산화물 연료전지는 현존하는 연료전지 중 가장 높은 변환 효율을 가지고 있다. 또한 전기와 열을 동시에 활용할 수 있어 이동형 전원장치부터 대형 발전소까지 적용의 폭이 매우 넓다는 장점이 있다.
다만 연료전지는 섭씨 700℃ 이상의 고온에서 작동하기에 장시간 구동 시 세라믹 전극 표면이 열화돼 연료전지 효율이 크게 저하된다는 단점이 있어 상용화에 걸림돌로 지목됐다.
서 교수팀은 칼슘을 활용해 연료전지 전극 표면의 열화현상을 획기적으로 개선하는 기술을 개발했다. 작동 중 외부 불순물에 의해 산성화된 전극 표면에 염기성 첨가제인 칼슘을 침투시켜 40% 이상 열화된 연료전지의 출력을 완전히 회복시킨 것이다. 더욱이 초기 성능 대비 160%까지 성능을 향상시켰다.
서 교수는 “이번 연구는 연료전지의 전극 성능 저하 문제를 해결해 연료전지 수명을 재연장시키는 데 중요한 의미를 제공했다”며 “연료전지뿐만 아니라 다양한 에너지 변환·저장 기술에 중요 영향을 미칠 전망”이라고 설명했다.
이번 연구는 과학기술정보통신부 해외우수연구기관 협력 허브 구축사업 지원 등을 받아 수행됐으며 서 교수가 제1저자 및 공동 교신저자로 참여했다. 연구 결과는 환경공학분야 저명 국제학술지(Applied Catalysis B: Environment and Energy) 5월 10일 자로 게재됐다.
