도핑된 이종 원소별 산소교환 성능 그래프
[대전=일요신문] 박하늘 기자 = 차세대 전자소자인 페로브스카이트 연료전지의 성능과 수명을 획기적으로 높이는 기술이 국내연구진에 의해 개발됐다.
한국과학기술원(KAIST) EEWS 대학원 니콜라이 츠베코프 박사가 페로브스카이트 연로전지 표면에 있는 산소 원자 결함을 선택적으로 제거하는 기술을 개발해, 연료전지의 30배 증가시키고 수명을 늘렸다고 7일 밝혔다.
페로브스카이트 산화물은 최근 수년간 연료전지, 비휘발성 메모리, 이산화탄소의 광변환 등 다양한 분야에서 활발히 연구됐다.
그러나 고온에서 수분이나 공기에 노출되면 산화물 표면이 화학적으로 불안정해져 메모리, 연료전지등의 수명과 성능을 저하시킨다는 한계가 있었다. 이는 페로브스카이트 산화물의 원소 중 스트론튬이 표면에서 산화물 절연막을 형성해 전자전달 및 산소교환반응을 방해하기 때문이다.
연구팀은 이를 해결하기 위해 다양한 이종 원소를 이용, 표면에 있는 산소 원자결함을 선택적으로 제거하는 기술을 개발했다. 이로써 반응을 방해하는 표면의 절연층 형성을 억제하고 우수한 전기적, 촉매적 특성 및 반응속도를 갖는 소재를 개발했다. 특히 연구팀은 하프늄을 사용해 기존 보다 연료전지의 전극 성능을 30배 증가시켰고 소재의 안정성도 대폭 향상 시켰다.
연구팀은 이번 연구결과가 연료전지를 비롯한 다양한 분야의 전기화학촉매가 돼 기존의 기술적 한계를 극복하는 핵심 기술로 널리 활용될 수 있을 것으로 내다보고 있다.
이번 연구는 미국항공우주국(NASA) ‘화성탐사 2020 프로젝트’의 지원을 받았다.
이번 연구성과는 국제학술지 ‘네이처 머티리얼즈(Nature Materials)’ 6월13일자 온라인 판에 게재됐다.
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