신소재공학과

정우철 교수, 서한길 박사과정 사진 
〈 정 우 철 교수, 서 한 길 박사과정 〉 


우리 대학 신소재공학과 정우철 교수 연구팀이 5분 이내의 산화물 코팅만으로 연료전지의 수명과 성능을 획기적으로 향상시킬 수 있는 전극 코팅 기술을 개발했다.


서한길 박사과정이 1저자로 참여한 이번 연구는 국제 학술지 ‘어드밴스드 에너지 머티리얼즈(Advanced Energy Materials)’ 7월 5일자 표지 논문(Inside Front Cover)에 게재됐다. (논문명 : Exceptionally Enhanced Electrode Activity of (Pr,Ce)O2-δ-Based Cathodes for Thin-Film Solid Oxide Fuel Cells,   박막 고체산화물연료전지용 (Pr,Ce)O2-δ 기반 공기극의 향상된 전극 활성)


연료전지는 대기오염 물질을 배출하지 않는 친환경 발전장치로 특히 고체산화물 연료전지는 다른 연료전지에 비해 발전효율이 높고 값비싼 수소 이외에 다양한 연료를 직접 사용할 수 있다는 장점을 가져 세계적으로 큰 주목을 받고 있다.


하지만 고체산화물 연료전지를 구동하기 위해서는 700℃ 이상의 높은 작동온도가 필요하며 이는 소재 및 시스템 비용의 증가, 장시간 구동 시 성능 저하 등의 문제를 일으켜 연료전지의 상용화에 걸림돌이 되고 있다.


최근에는 박막 공정을 도입해 전해질의 두께를 수백 나노미터 크기로 줄임으로써 작동온도를 600℃ 이하로 크게 낮추고 가격 경쟁력을 확보하려는 박막형 고체산화물연료전지가 새로운 해결책으로 제시되고 있지만, 낮은 작동온도에서 급격히 떨어지는 전극 성능의 한계를 극복하지 못하고 있다.


연구팀은 공기극으로 사용되는 백금 박막의 산소환원반응 활성점을 극대화하고, 백금 전극이 고온에서 응집되는 현상을 막기 위해 산화물 코팅 기술을 개발했다.


연구팀은 전자와 산소이온 모두에 대한 높은 전도성과 산소환원 반응에 대한 뛰어난 촉매 특성을 가진 ‘프라세오디뮴이 도핑된 세리아((Pr,Ce)O2-δ)라는 새로운 코팅 소재를 전기화학도금을 통해 백금 표면에 코팅하는 데 성공했다. 이를 통해 기존 백금 박막 전극에 비해 1천 배 이상의 성능을 향상시켰다.


추가적으로 연구팀은 백금을 전혀 사용하지 않고 (Pr,Ce)O2-δ의 나노구조화를 제어하는 것만으로도 고성능의 박막형 고체산화물연료전지 공기극을 구현하는데 성공했다.


정 교수는“이번 연구에서 사용된 전극 코팅 기술은 쉽고 대량생산이 가능한 전기화학도금을 활용했기 때문에 그 기술적 가치가 매우 뛰어나다”며 “향후 박막형 고체산화물연료전지의 백금 전극을 대체할 수 있어 가격 저감을 통한 시장경쟁력 제고가 기대된다.”고 말했다.


이번 연구는 한국에너지기술평가원과 한국전력공사의 지원을 받아 수행됐다.


□ 그림 설명


그림1. 어드밴스드 에너지 머티리얼즈 표지(Inside Front Cover)

어드밴스드 에너지 머티리얼즈 표지



 

그림2. 코팅된 (Pr,Ce)O2-δ 나노구조체 유무에 따른 전극성능 변화

코팅된 (Pr,Ce)O2-δ 나노구조체 유무에 따른 전극성능 변화

No. Subject Author Date Views
Notice 정연식, 전덕영, 장민석 교수, 팝콘 구조의 퀀텀닷 나노복합 소재 개발 ADMINI 2019.09.30 62
Notice 스티브박 교수, 균일한 성능 갖는 인공피부 제작기술 개발 ADMINI 2019.08.20 123
Notice 육종민 교수, 나트륨 이차전지의 음극 소재 원리 규명 ADMINI 2019.07.01 146
Notice 강정구 교수, 금속유기골격체의 흡착 거동 실시간 분석 성공 ADMINI 2019.06.10 152
Notice 정우철, 김상욱 교수, 수소 연료전지 성능 높일 수 있는 나노촉매기술 개발 ADMINI 2019.03.04 295
62 2018년 KAIST 대표 R&D 연구성과 10선 - 신소재공학과 박병국 교수 file ADMINI 2019.02.01 316
61 홍승범, 스티브박 교수, 에너지 수확과 인정 변형률 감지 가능한 섬유 개발 file ADMINI 2019.01.31 311
60 김일두 교수, 3D 프린팅 통한 맞춤형 디자인 배터리 제작 file ADMINI 2019.01.02 282
59 백경욱 교수, 극 미세피치용 이방성 전도필름 개발 file ADMINI 2018.11.06 223
58 김상욱 교수, 홍합접착제 이용해 성능 높인 그래핀 섬유 개발 ADMINI 2018.10.19 314
57 이건재 교수, 유창동 교수, 유연 압전 화자인식 음성센서 개발 ADMINI 2018.10.04 214
56 스티브 박 교수, 김정 교수, 3차원 표면 코팅 가능한 로봇피부 개발 ADMINI 2018.09.17 309
55 강정구 교수, 급속충전 가능한 하이브리드 에너지 저장소자 개발 ADMINI 2018.08.29 216
54 홍순형 교수, 초경량 다기능성 그래핀 나노복합소재 개발 ADMINI 2018.08.06 292
53 스티브 박 교수, 유기반도체 결정크기 10배 성장 기술 개발 ADMINI 2018.08.03 286
» 정우철 교수, 5분 코팅만으로 연료전지 전극반응성 1천배 향상 기술 개발 ADMINI 2018.07.09 306
51 이건재 교수, 유연한 청색 박막 마이크로 LED 기술 개발 ADMINI 2018.06.26 228
50 정연식 교수, 2차원 반도체 공중 부양시켜 고성능 소자 제작 ADMINI 2018.04.24 404
49 조은애 교수, 사용량 90% 줄이고 수명 2배 늘린 백금촉매 개발 ADMINI 2018.04.18 361
48 박병국, 김갑진 교수, 고효율 스핀 신소재 개발 ADMINI 2018.04.16 286