광주과학기술원(GIST)은 GIST 지구·환경공학부 주종훈 교수 연구팀이 연세대학교 홍종섭 교수, 한국세라믹기술원 신태호 박사 연구팀과 공동으로 3초 안에 900℃ 이상의 온도에서 작동하는 고체 산화물 연료전지 기술을 개발했다고 8일 밝혔다. 이번에 개발된 기술은 드론과 같은 모바일 장치의 보조 동력원 등 급속 구동이 필요한 발전장치에 활용될 수 있을 것으로 기대된다.
세라믹 재료로 구성된 고체 산화물 연료전지는 낮은 열전도도와 높은 탄성계수로 인해 열 충격에 취약하다는 단점이 있다. 이에 따라 승온(점화 후 온수 온도를 상용 온도까지 상승시키는 것) 속도를 높일 수 없어 보통 4~6시간에 이르는 긴 작동 시간이 소요된다. 또한 빠른 열 사이클(열처리에 있어서 일정한 시간과 온도의 관계로서 물질을 가열·냉각시키는 것)에서는 성능이 불안정하다는 단점도 있다.
연구팀이 개발한 고체 산화물 연료전지는 3초 안에 900℃ 이상의 온도에 도달하는 승온 속도에도 균열 및 파단 없이 작동했으며, 100번 이상의 열충격 사이클에서도 높은 안정성을 보였다. 나아가 1초 안에 1000℃에 도달하는 극한의 구동 환경에서도 작동이 가능한 것을 확인했다고 연구팀은 설명했다.
주종훈 GIST 지구·환경공학부 교수는 “이번 연구 성과로 세라믹의 급격한 온도 변화에 따른 열 충격 문제를 해결함으로써 고체 산화물 연료전지 뿐만 아니라 더 넓은 범위의 고온 세라믹 기반 전기화학 장치의 열 충격 저항성 향상 기술의 발전에 기여할 것으로 기대된다”고 말했다.
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