기계공학부 이원영 교수 연구팀 (제1저자 최민기 서울과학기술대학교 교수와 김동욱 석박통합과정생)이 에너지분야에서 세계적으로 권위있는 학술지 중 하나인 Advanced Energy Materials (IF=24.4, JCR<2.01 %)에 계면 엔지니어링을 통해 헤테로구조 전극 기반의 고성능 프로톤 세라믹 전기화학전지를 개발한 연구결과를 표지논문으로 게재하였다.

프로톤 세라믹 전기화학전지는 전해질의 높은 이온전도도로 인해 500 ℃ 이하의 중온 영역에서도 고효율 전력생산 및 수소생산에 대한 잠재력으로 주목받고 있으나, 여전히 높은 전극저항으로 인해 기대에 못 미치는 성능을 보이며 디바이스의 장점을 저해한다는 문제점이 있다.

이원영 교수 연구팀은 전기화학반응이 가장 많이 발생하는 전해질 계면에 수십 나노미터의 공기극/전해질 복합 기능층 박막을 합성함으로써 전극 성능에 큰 영향을 끼치는 화학적 결함인 산소 공공의 농도를 큰 폭으로 증가시켰고, 또한 산소 공공 형성 메커니즘까지 도출했다. 이를 통해 500 ℃ 이하에서도 고성능, 고효율 프로톤 세라믹 전기화학전지 잠재력 및 개발 가능성을 입증하였다.

이 연구 성과는 한국연구재단, 한국에너지기술평가원, 한국전력공사의 지원을 받아 수행되었다. (2022R1A2C3012372, 2022R1A4A1031182, 2021K1A3A1A20002574, 2021R1C1C2006657, 2020M1A2A2080866, 2021M3I3A1084844, 20223030040080, R23XO03)

논문정보

DOI 10.1002/aenm.202400124