기계공학부 이원영 교수 연구팀(제1저자 김준규 석박통합과정생)은 세계적으로 권위 있는 학술지 중 하나인 Applied Catalysis B: Environment and Energy (IF = 19.7, JCR < 5%)에 암모니아 직접주입형 고체산화물 연료전지의 안정적인 장기 운전을 위한 질화포텐셜 기반의 정량적 내구성 기준을 제시한 연구결과를 게재하였다.

암모니아 직접주입형 고체산화물 연료전지는 별도의 외부 개질기 없이 암모니아를 직접 활용하여 고효율로 전력을 생산할 수 있는 에너지 변환 시스템이다. 그러나 불완전한 암모니아 분해로 인해 전극 내부에 미분해 암모니아가 잔존하며, 이는 금속 촉매의 질화현상을 통한 구조적 열화를 유발하여 장기 내구성을 저하시킨다.

이에 연구팀은 질화현상의 열역학적 구동력을 나타내는 질화포텐셜(KN)을 정량적 지표로 도입하고, 금속 촉매의 질화현상이 발생하는 임계조건을 기준으로 정량적인 내구성 설계 기준을 제시하였다. 질화포텐셜이 임계값 이하로 유지될 경우 질화 현상과 이에 따른 전극의 구조적 열화가 억제되어 장기간 안정적인 연료전지 작동이 가능함을 확인하였다. 이러한 열역학 기반 내구성 설계 기준은 향후 전극 설계와 운전조건 설정을 위한 가이드라인으로 활용되어, 고내구성 암모니아 직접주입형 고체산화물 연료전지 개발을 위한 기반이 될 것으로 기대된다.

이 연구 성과는 과학기술정보통신부 (2022R1A2C3012372, RS-2024-00448287, RS-2026-25501632)의 지원을 받아 수행되었다.

논문정보

https://doi.org/10.1016/j.apcatb.2026.127354