열화율개선

[연구자 TALK] 고체산화물 연료전지에 3차원 마이크로 입체 구조 입혔다

고체산화물 연료전지(SOFC)는 산소 이온의 이동을 통해 전기를 생산하는 장치로, 보통 700℃ 이상의 고온에서 작동하는 특성을 지닙니다. 하지만 이러한 고온 환경은 소재의 부식이나 열화, 열팽창 계수의 차이로 인한 구조적 결함 등 다양한 기술적 난제를 야기합니다. 또한 시스템 구축에 드는 공정 비용 또한 만만치 않아, 전 세계 연구자들은 연료전지의 작동 온도를 낮추기 위한 연구에 매진하고 있습니다. 저온 구동은 소재의 안정성을 높이고 경제성을 확보하기 위한 필수적인 과제입니다. 작동 온도를 낮추기 위해 기존에는 고활성 신소재를 개발하거나 진공 증착과 같은 박막 기술을 활용해 구조를 개선하는 시도가 이루어져 왔습니다. 그러나 고활성 소재는 장기적인 안정성이 떨어지는 경향이 있으며, 박막 공정은 대면적화가 어렵고 장시간 운용 시 구조가 불안정해지는 한계가 존재합니다. 이러한 배경에서 연구팀은 특정 소재나 구조에 국한되지 않으면서도, 낮은 온도에서 안정적으로 작동할 수 있는 새로운 연료전지 제작 기술의 필요성을 절감하고 연구를 시작하게 되었습니다. 마이크로 다단 패턴 제작 기술과 박막 공정을 결합한 3차원 멀티 스케일 다단 입체 구조를 새롭게 개발하여 기존 평면형 연료전지 대비 성능을 3배 이상 향상시켰습니다. 특히 500시간 이상의 장기 테스트에서 성능 열화율을 0.2% 이하로 낮추어 압도적인 안정성을 입증했으며, 600℃ 이하의 저온 구동 가능성도 확인했습니다. 이는 양산성과 안정성을 동시에 만족하는 혁신적인 성과로 평가받습니다. 이번 연구는 고성능 고체산화물 연료전지(SOFC)의 상용화와 실용화를 앞당기는 중요한 돌파구가 될 것입니다.