한밭대 응용소재공학과 송경은 대학원생, 국제학술지 논문 등재

[충청뉴스 이성현 기자] 국립 한밭대학교(총장 최병욱)는 신소재공학과 김정현 교수 연구팀(고체산화물에너지디바이스 연구실, 교신저자) 송경은 대학원생(대학원 응용소재공학과 석사과정)이 국제수소에너지협회에서 발행하는 저명학술지 ‘International Journal of Hydrogen Energy’에 제1저자로 논문을 발표했다고 6일 밝혔다.

송경은 씨의 논문은 ‘Influence of microstructure and applied current on the electrical conductivity of SmBaCo2O5+d cathode in solid oxide fuel cell’로, 고체산화물 연료전지용 공기극 물질의 전기전도도에 영향을 미치는 미세구조와 인가전류에 관한 내용이다.

고체산화물 연료전지는 화학에너지를 전기에너지로 효율적으로 변환시키는 친환경 에너지원으로 산소 이온 전도성 전해질과 그 양면에 자리한 공기극과 연료극으로 이뤄져 있다.

연료전지의 성능을 향상시키기 위한 기존 공기극 물질의 전기전도도에 관한 연구는 조밀한 시료를 사용하여 우수한 전기전도도를 보고했다.

그러나 실제 연료전지의 공기극은 원활한 가스 확산 및 삼상경계면 확보를 위해 다공성 미세구조로 제작하기 때문에 연구 결과와 실제 성능 간에 차이가 발생했다.

이러한 점에 착안해 송 씨는 우수한 전기적 특성을 보이는 이중층 페로브스카이트 구조인 공기극 물질의 미세구조를 소결 온도 조절, 카본 블랙(Carbon black) 및 세리아계 전해질(Ce0.9Gd0.1O2-d, 이하 CGO91) 혼합을 이용해 변화시키고 다양한 범위의 전류를 인가하여 전기전도도에 미치는 영향을 연구했다.

연구결과, 공기극 물질은 소결 온도가 높아짐에 따라 약 2배 이상의 전기전도도 증가를 나타냈으며, 카본 블랙을 혼합하여 다공성이 증가한 경우에도 소결 온도를 조절하여 전기전도도를 향상시켰다.

또한, 인가전류가 낮을수록 전기전도도가 개선됐으며, 이 효과는 CGO91이 혼합된 공기극을 제외하고 모든 조건의 표본에서 관찰됐다.

특히 이번 연구는 공기극 물질의 미세구조를 변경하여 전기전도도를 제어할 수 있다는 점과 인가전류를 통한 성능 개선을 발견함으로써 고체산화물 연료전지의 성능 향상에 기여할 수 있을 것으로 보인다.

한편, 이번 연구는 과학기술정보통신부와 한국연구재단의 지원을 받았으며, 국제학술지 ‘International Journal of Hydrogen Energy’지 온라인판 2022년 4월 5일자(https://doi.org/10.1016/j.ijhydene.2022.03.056)에 게재됐다.