포스텍 연구팀, 연료전지 효율·내구성 높이는 기술 개발

박막 격자 변형 이용해 ‘엑솔루션’ 촉진 기술 개발

【포항=뉴시스】강진구 기자 = 포스텍(총장 김도연)은 신소재공학과 장현명(사진) 명예교수·한현 박사 팀이 박막의 격자 변형을 이용해 연료전지의 효율과 내구성을 높이는 ‘엑솔루션’ 촉진기술을 개발했다고 30일 밝혔다.2019.04.30.(사진=포스텍 제공)  [email protected]

【포항=뉴시스】강진구 기자 = 포스텍(총장 김도연)은 신소재공학과 장현명 명예교수·한현 박사 팀이 박막의 격자 변형을 이용해 연료전지의 효율과 내구성을 높이는 ‘엑솔루션’ 촉진기술을 개발했다고 30일 밝혔다.

 물질 표면에 형성된 나노입자는 촉매, 신재생 에너지 등의 분야에서 핵심적인 역할을 한다. 이런 나노 입자는 일반적으로 진공증착 방식으로 제조돼 왔지만 이 방식은 추가적인 제조 시간·비용 및 높은 열적 불안정성 등의 문제를 초래한다.

이를 개선하기 위해 페로브스카이트(ABO3) 격자에 고온 및 환원 환경을 조성해 금속 이온이 격자로부터 빠져 나와 표면에 인시츄(in-situ) 성장이 되는 ‘엑솔루션’에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다.

이 ‘엑솔루션’된 나노입자는 기존의 진공증착 방식보다 열적 안전성이 월등하게 높을 뿐만 아니라 제조시간과 비용을 절감할 수 있다.

현재까지 ‘엑솔루션’ 연구는 주로 다결정 구조를 가지는 벌크 물질을 대상으로 진행돼 왔다. 연구팀은 이번에 이런 다결정 물질이 아닌 단결정 구조를 가지는 박막에서의 격자 변형 정도를 조절해 1100개/µm2(제곱 마이크로미터) 이상의 높은 입자 밀도와 약 5nm(나노미터)의 작은 크기의 나노입자 ‘엑솔루션’개발에 성공했다.

이 물질은 기존의 전압 인가에 의한 다결정 벌크 엑솔루션과 비교해 밀도가 이보다 3배 수준으로 증가하는 반면 크기는 3배 수준으로 작아져 이렇게 많은 수와 작은 크기의 촉매 입자는 에너지 소자의 효율을 높이는 중요한 이점이 된다.

【포항=뉴시스】강진구 기자 = 포스텍(총장 김도연)은 신소재공학과 장현명 명예교수·한현 박사 팀이 박막의 격자 변형을 이용해 연료전지의 효율과 내구성을 높이는 ‘엑솔루션’ 촉진기술을 개발했다고 30일 밝혔다.사진은 연구흐름도. 2019.04.30.(사진=포스텍 제공)  [email protected]

또한 이런 박막의 격자 변형으로 만들어진 ‘엑솔루션’은 높은 열적 안정성과 550도의 낮은 운영온도, 빠른 입자 생성, 입자 크기의 조절 가능성 등의 다양한 장점을 기반으로 저온 운영과 휴대가 가능한(portable) 박막 연료전지의 핵심 기술로 활용될 수 있다.

이 연구결과는 과학기술분야 국제학술지인 네이처 커뮤니케이션즈(Nature Communications) 최근호에 게재됐다.

이 연구는 한국연구재단 이공학 기초연구사업의 지원으로 수행됐으며 구미전자정보기술원(GERI) 박주철 박사와 남상열 연구원, 포스텍 김건중 박사, 최경만 교수, 막스플랑크 연구소 스튜어트 파킨(Stuart S.P. Parkin) 교수, 세인트 앤드루스 대학(University of St. Andrews) 존 얼바인(John T.S. Irvine) 교수가 참여했다.

장현명 포스텍 교수는 “‘엑솔루션’된 나노입자는 향후 휴대용 연료전지 등 에너지 소자와 촉매, 나노자성, 나노광학 등의 다양한 분야에 응용될 수 있을 것으로 전망된다”고 말했다.


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