UNIST 김건태 교수 연구팀, 고체 산화물 연료전지 연료극 소재 개발

울산과학기술원(UNIST)에너지 및 화학공학 김건태 교수

울산과학기술원(UNIST) 김건태 교수 연구팀이 수소와 공기만으로 전기를 발생시키는 고체 산화물 연료전지의 새로운 전극 소재를 개발했다. 미래 청정 에너지원의 상용화에 가속도가 붙을 전망이다. 천연가스, LPG 등 기존 탄화수소계열 연료를 직접 사용할 수 있고 우수한 성능과 뛰어난 안정성을 갖춘 고체산화물 연료전지(SOFC)용 전극 소재를 개발한 것이다.

공동 연구팀이 개발한 연료극 소재는 개질기 없이 프로판 가스를 연료로 직접 사용하여 성능을 시험한 결과 850도에서 1.3 W/㎠의 아주 높은 출력을 보였다. 뿐만 아니라 세계 최초로 700도에서 500시간동안 전압 및 전류의 강하가 전혀 없이 안정적으로 작동시키는데 성공하였다.
이는 수소가 아닌 탄화수소 연료를 사용하는 고체산화물연료전지의 안정성 측면에서 세계 최고 수준이다.

이번 연구결과는 재료과학 분야 세계 최고 권위의 학술지이며 연구영향력이 가장 높다고 평가되고 있는 '네이처 머티리얼즈'에 2015년 2월 게재되었다.
연구 책임자인 김건태 UNIST 교수는 "기존의 연료극 소재에 관련된 연구들은 초기에 우수한 성능을 보이더라도 재료의 불안정성으로 인해 탄화수소 연료를 직접 사용하였을 때 연료전지의 안정적인 작동이 불가능했다"라며 "프로판 가스를 직접 사용하면서 향상된 성능과 동시에 500시간 이상 안정적으로 유지했다는 점에서 연료전지의 상용화를 선도할 수 있는 세계 최고의 기술이라고 판단한다."라고 말했다.

지난해 연료전지 세계 시장 규모는 1조 8000억 원으로 연평균 85% 성장세를 보이고 있다. 미국 에너지성도 2020년경 세계 연료전지 시장 규모가 400억 달러(44조 원) 수준에 이를 것으로 전망했으며 이 중 발전용 연료전지 시장은 64억 달러(7조 400억 원)에 이를 전망이다. 따라서 이번 새로운 연료극 물질 개발로 5천억 원 이상의 SOFC 제조원가 비용절감이 가능하게 되어 상용화 역시 앞당겨질 것으로 예측된다.

김 교수는 미국 휴스턴 대학교 대학원에서 재료화학 박사 학위를 받고 펜실베이니아 대학교에서 연구원으로 활동하였으며, 지난 7월 산업통상자원부 주관 '이달의 산업기술상'을 수상하였다.

이번 연구는 미래창조과학부, 교육부와 한국연구재단이 추진하는 중견연구자지원사업, 일반연구자지원사업 등의 지원으로 수행됐다.



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