성균관대-삼성전기, '고체산화물 수전해전지' 상용화 문제 해결

[서울=뉴시스]박시은 인턴 기자 = 성균관대학교는 기계공학부 이원영 교수 연구팀과 삼성전기 중앙연구소가 산학 공동연구를 통해, 청정에너지인 그린수소를 생산하는 '고체산화물 수전해전지(SOEC)'의 성능과 내구성을 대폭 높이는 새로운 제조 기술을 개발했다고 13일 밝혔다.

'고체산화물 수전해전지'는 700℃ 이상의 고온에서 수증기를 전기로 분해해 수소를 만드는 장치로, 기존 방식보다 적은 에너지를 소모하며 많은 양의 수소를 얻을 수 있어 차세대 친환경 에너지 시스템으로 주목받는다.

다만 고온 제조 및 장시간 작동할 경우, 전지 내부의 미세한 입자들이 뭉치거나 층이 박리되는 현상이 발생해 성능이 급격히 떨어지는 한계가 있었다.

연구팀은 이를 해결하고자 기존의 복잡한 공정 대신, 실제 산업 현장에서 바로 적용할 수 있는 두 가지의 '제조 친화형 나노 설계 전략'을 제시했다.

첫 번째 전략은 수소가 발생하는 곳인 연료극의 촉매 입자 표면에 분말 기반 원자층 증착법(ALD)을 활용해, 수 나노미터(㎚) 두께의 얇은 막을 입히는 기술이다. 이를 통해 니켈 입자가 고온에서도 뭉치지 않게 했으며, 수소 환경에서 스스로 합금 촉매로 변하게 해 수소 생산 효율을 기존보다 약 2배 높이는 데 성공했다.

두 번째는 공기극과 전해질이 만나는 경계면에 약 50㎚ 두께의 나노 코팅층을 형성한 것이다. 연구진은 정전기로 미세한 입자를 뿌리는 공법인 전기정전 분무증착법(ESD)을 사용해, 전지의 박리 현상을 막았다. 이는 대기압 상태에서도 가능해 공장과 같은 대규모 생산 시설에 적용하기 유리하다.

이번 연구의 핵심은 단순히 실험실 수준의 성과에 그치지 않고, 기업과의 협업을 통해 실제 대면적 셀에서도 그 효과를 입증했다는 점이다.

이 교수는 "이번 연구는 고체산화물 수전해전지의 상용화에 있어 가장 큰 걸림돌이었던 전극 구조의 변화와 계면 박리 문제를 산학 협력을 통해 극복한 사례"라고 밝혔으며, 삼성전기 박중덕 마스터는 "앞으로도 관련 기술의 산업 적용 가능성을 높이기 위해 지속적으로 협력할 계획"이라고 말했다.

한편 이번 연구 결과는 재료 과학 분야의 국제 학술지 '어드밴스드 펑셔널 머티리얼즈(Advanced Functional Materials)'의 표지논문과 'ACS 나노(Nano)'에 게재됐다.


◎공감언론 뉴시스 [email protected]