[충청뉴스 이성현 기자] 한밭대학교는 신소재공학과 김정현 교수 연구팀이 차세대 고체산화물 연료전지(SOFC)의 성능을 크게 향상시킬 수 있는 새로운 공기극 조성의 특성을 규명했다.
해당 연구는 코발트(Co) 및 철(Fe) 치환 효과를 규명함으로써 중·저온 고체산화물 연료전지(IT-SOFC)용 공기극 설계 전략을 제시할 수 있는 가능성을 보여줬다.
연구팀은 적층형 페로브스카이트 구조의 'SmBaCo2xFe2(1-x)O5+δ(SBCF)' 조성을 합성해 Co와 Fe의 치환 비율에 따른 전기적․전기화학적 특성을 체계적으로 분석했다.
그 결과 Co 치환량이 높은 조성(x≥0.7)에서 최소 100S/cm 이상의 전기전도도를 확보했으며, 특히 SBCF 1.8–0.2_1200 조성은 300℃에서 764.99S/cm의 최고 전도도를 기록했다.
또 SBCF와 CGO91을 혼합한 복합 공기극 중 SBCF 1.8–0.2_1100 조성은 700℃에서 0.06Ω․㎠의 낮은 면적비저항(ASR)을 나타내며 탁월한 전기화학적 성능을 입증했다.
연구팀은 이러한 성능 향상이 이온 수송 개선, 열팽창 불일치 감소, 삼상경계면(TPB) 확장 효과에 기인한다고 설명했다.
이와 함께 주사전자현미경(SEM) 분석 결과, 열처리 온도가 높아질수록 입자 성장이 촉진되고 치밀한 미세구조가 형성됨을 확인했으며, 특히 SBCF 1.8–0.2_1200 조성은 평균 입자 크기가 약 4.68㎛로, 높은 전도도와 일관된 성능을 보였다.
김정현 교수는 “이번 연구를 통해 Co와 Fe의 치환을 통한 조성 제어가 전기전도도와 전극 성능에 미치는 영향을 규명했다”며 “특히 최적 조성을 도출해 차세대 IT-SOFC용 공기극 설계에 새로운 방향을 제시한 성과”라고 설명했다.
