SINCE1927 미래가치를 창출하는 글로컬 산학일체 혁신대학
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□ 우리 대학 신소재공학과 김정현 교수(교신저자) 연구팀 김찬규 대학원생(응용소재공학과 석사과정)이 연료 및 대체에너지 분야의 대표 KCI 등재지인 ‘신재생에너지(New & Renewable Energy)’에 제1저자로 논문을 발표했다고 9일 밝혔다.
○ 김찬규 씨의 논문은 ‘Co 및 Ti가 치환된 Layered Perovskite의 고체산화물 연료전지 전극에 대한 적용성 연구’로 고체산화물 연료전지의 공기극 및 연료극 전극으로 동시에 적용할 수 있는 연구이다.
○ 일반적으로 고체산화물 연료전지는 수소와 산소의 화학에너지를 전기에너지로 직접 변환시키는 친환경 에너지원으로 산소 이온 전도성 전해질과 그 양면에 자리한 전극(공기극과 연료극)으로 이루어져 있다.
○ 현존하는 다양한 연료전지 중 가장 높은 온도범위에서 운용되는 고체산화물 연료전지는 높은 효율을 보여주지만 재료의 열안정성에 대한 문제점이 계속 중요한 이슈로 관심을 받고 있다.
○ 특히 Layered Perovskite에 Co(코발트)를 치환할 경우, 우수한 전기화학 특성을 보여주지만 높은 열팽창계수로 인한 열안정성이 문제점으로 제기되고 있다.
○ 이러한 점에 착안해 김 씨는 본 연구팀에서 발표한 Layered Perovskite 산화물 물질 SmBaCo2O5+d를 기반으로 Co에 Ti(티타늄)을 치환하는 이중 치환을 적용하여 새로운 SmBaCo2-xTixO5+d Layered Perovskite를 합성하였다.
○ 또한, 합성한 물질을 다양한 가스에 노출시킨 상태에서 전류를 인가하여 전기전도도, 결정분석 및 전기화학 특성분석을 하여 전극의 적용성 여부에 대한 연구를 진행하였다.
○ 연구결과, 합성된 SmBaCo2-xTixO5+d 산화물은 측정 온도가 높아짐에 따라 전기전도도가 증가하는 반도체 전도도경향(Semi-conductor behavior)을 나타냈다.
○ 합성된 산화물은 대기 및 질소 가스에 노출시켰을 때는 동일한 전기전도도 거동을 보였으나 수소 가스에 노출시킨 뒤 600oC 이상에서 전기전도도를 측정할 경우 급격한 전기전도도 하락을 보이는 특성을 발견하였다.
○ 이로써 SmBaCo2-xTixO5+d 산화물은 고체산화물 연료전지의 공기극으로 사용할 수 있으며 수소 가스에 노출될 때 높은 온도(>600oC)에서 전기전도도가 급격하게 감소하는 특성을 이용하여 수소센서로 사용이 가능하다고 발표했다.
○ 특히 이번 연구는 고온에서 우수한 촉매 특성을 보이는 Co와 고온의 열안정성에 기여할 수 있는 Ti가 Layered Perovskite에 동시에 이중으로 치환된 산화물을 개발함으로써 고체산화물 연료전지의 성능 향상에 기여할 수 있을 것으로 보인다.
□ 한편, 이번 연구는 과학기술정보통신부·한국연구재단 및 한국세라믹기술원의 기관고유사업 지원으로 한밭대학교, 한국세라믹기술원, 성균관대학교가 공동 연구로 진행했다.
○ 연구결과는 지난 2일 학술지 ‘신재생에너지(New & Renewable Energy)’ 온라인판에 공개(https://doi.org/10.7849/ksnre.2022.0006)됐으며, 오는 6월 25일자 인쇄본으로 출간될 예정이다.
