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한국과학기술연구원(KIST) 에너지소재연구단 손지원 박사팀은 세라믹 연료전지 작동온도로는 중·저온에 해당하는 500∼600℃에서 작동하고 휴대용 부탄가스도 연료로 사용할 수 있는 세라믹 연료전지를 개발함.

기존 발전용 등으로 사용되는 세라믹 연료전지는 통상 800℃ 이상 높은 온도에서 작동함. 그러나 높은 온도에서 작동하려면 시동-정지-재가동에 시간이 오래 걸려 응용이 어렵고 비싼 소재와 고도의 제조기술이 필요하다는 단점이 있음. 이 때문에 세계적으로 연료전지 작동 온도를 낮추면서 성능은 유지할 수 있는 박막기반 세라믹 연료전지에 대한 연구가 활발히 진행돼 왔음.

그러나 전지의 작동 온도를 낮추면 메탄, 프로판, 부탄 등 연료를 변환할 때 탄소가 전지 표면에 쌓여 니켈 촉매의 성능을 떨어지는 문제가 발생함. 연구진은 전지의 고체 전해질과 맞닿아 있는 양쪽 전극에 팔라듐, 루테늄, 구리 같은 2차 촉매를 박막공정으로 삽입하는 기술을 개발함. 저온으로 작동하는 전지에 기존 촉매인 니켈-전해질 복합체 박막층과 2차 촉매 박막층을 교차로 붙여넣은 것임.

연구진은 부탄 연료를 사용해 중·저온인 500∼600℃에서 세라믹 연료전지가 높은 성능으로 구동함. 손지원 박사는 "이 연구를 통해 발전용으로 여겨지던 세라믹 연료전지를 더 낮은 온도에서 휴대용 연료로 작동할 수 있게 해 이동용 연료전지로 응용할 수 있는 가능성을 확인했다"고 밝힘.

본 연구 성과는 ‘Applied Catalysis B - Environmental’ 지에 게재됨.