기계공학부 이원영, 변도영 교수 연구팀,
금속 기능층 기반의 고성능 고체 산화물 연료전지 개발
- 에너지 분야 국제학술지 ACS 어플라이드 에너지 메터리얼스
(ACS Applied Energy Materials) 게재 -

[그림 1] ACS Applied Energy Materials 표지 그림

기계공학부 이원영, 변도영 교수 연구팀 (제1저자 최민기 박사과정, 공동 1저자 황상연 박사과정)은 에너지 분야에서 세계적으로 권위 있는 학술지 중의 하나인 ACS Applied Energy Materials에 금속 기능층 기반의 고성능 고체 산화물 연료전지 개발에 대한 연구결과를 표지논문으로 게재했다고 밝혔다.

이원영 교수 연구팀은 변도영 교수 연구팀과의 공동연구를 통하여 전기수력학 젯 프린팅(EHD jet printing)을 사용하여 고체 산화물 연료전지의 전해질과 공기극 계면에 은, 니켈, 알루미늄과 같은 전기전도성이 높은 금속물질을 격자구조로 프린팅하는 데 성공하였고, 이를 기반으로 650도 이하의 중저온에서 작동하는 고성능 고체 산화물 연료전지 시스템을 구축하였다.

연구팀은 금속 기능층을 통하여 고체 산화물 연료전지의 전해질과 공기극 계면에 산소 환원 반응에 필수적인 전자의 공급과 분배가 원활하게 되고, 이에 따라 전극의 전기화학적 성능을 직접적으로 나타내는 전극의 분극화 저항을 약 10배 감소시키는 것과 동시에 연료전지의 전력밀도를 약 2배 향상시킬 수 있음을 확인하였다.

이원영 교수는 “기존의 고체 산화물 연료전지가 갖고 있는 성능적인 한계를 금속 기능층 도입을 통하여 극복할 수 있고, 특히 대면적, 고속화 공정에 용이한 EHD 프린팅 방법을 이용하였기 때문에 상용화단계의 기술개발에도 크게 기여할 수 있을 것으로 기대한다”고 말했다.

이 연구는 과학기술정보통신부 글로벌프론티어사업 및 한국연구재단 전략과제사업과 신진연구지원사업의 지원을 받아 수행되었으며, 에너지 분야 국제학술지 ACS 어플라이드 에너지 머티리얼스 (ACS Applied Energy Materials) 표지논문으로 5월 6일자 온라인 게재되었다. 

[그림 2] EHD 젯 프린팅 기법을 이용한 금속 기능층 구조 프린팅.
(a) 금속 기능층이 적용된 공기극 제작 구조도. (b) 은, 니켈, 알루미늄의 재료를 활용하여

 50μm 간격으로 정밀하게 프린팅된 금속 기능층의 광학 이미지.

[그림 3] 금속 기능층이 적용된 고체 산화물 연료전지의 전기화학적 성능 평가 및 모식도