[사이언스타임즈] 상온에서 작동하는 연료전지

상온에서 작동하는 연료전지 고체 산화물 연료전지(SOFC) 상온에서 작동 2008년 08월 26일(화)

테크노 리더스 다이제스트 최근 산소 이온을 전도시키는데 효율적인 새로운 층상 물질의 개발로 고체 산화물 연료전지(SOFC)가 상온에서도 작동하게 되었다. SOFC는 산소 음이온을 수소 연료와 반응시킴으로써 전기를 직접 생성하는 장치로 일반적으로 섭씨 700도에서 전기를 만든다. SOFC의 효율은 고체 세라믹 전해질을 통해 산소 이온이 한 전극에서 다른 쪽으로 얼마나 빨리 이동하느냐에 따라 달라진다. 효율을 높이려면 높은 온도가 필요한데 이런 요인은 전기생산에 필요한 시간과 비용을 증가시키게 된다. 과거 박막 성장 기술(thin-film growth techniques)을 이용해 전해질의 두께를 수 나노미터 줄이고, 전해질에 가돌리늄으로 도핑된 세륨(gadolinium-doped cerium)과 란타늄 갈레이트(lanthanum gallates)와 같은 새로운 물질을 혼합시킴으로써 전도성을 향상시킬 수 있었지만, 작동 온도는 여전히 섭씨 500도 정도로 높은 수준이었다고 스페인의 마드리드대 야코보 산타마리아 연구원은 말했다. 이를 개선하고자 연구진은 산소 이온에 대해 우수한 전도성을 갖는 전해질을 개발함으로써, 섭씨 84도에서 작동하며, 상온에서도 우수한 전도도를 갖는 전지를 개발했다. 연구진은 10nm 두께의 절연성 스트론티움 티나네이트(STO) 층 사이에 위치한 전도성 산화지르코늄(YSZ)을 1nm 두께로 제조했다. STO의 결정 구조는 산화지르코늄과 일치하지 않기 때문에 계면에는 정렬되지 않은 이온이 발생하며, 이러한 이온에 의해 산소 이온의 흐름은 급격히 상승하게 된다. 이러한 계면 효과는 고체 산화물 연료전지에 사용되어 상온 연료전지의 구동을 가능하게 한다. 현재 연구진은 계면에서 발생하는 현상을 보다 면밀히 이해하기 위해 추가 실험을 계획하고 있으며, 차기 과제는 계면에 대한 추측을 규명하기 위해 산화지르코늄에 유사한 결정구조 물질로 STO를 대체해 실험을 진행하는 것이다.

한국과학기술정보연구원, Techno Leaders' Digest (TLD) 저작권자 2008.08.26 ⓒ ScienceTimes

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