[충청뉴스 이성현 기자] 국내 연구진이 전지 내 수소 이온 이동과 반응성을 높이는 기술을 구현했다.
한국과학기술원(KAIST)은 기계공학과 이강택 교수 연구팀이 엔트로피 극대화 설계를 기반으로 반응 속도와 출력 성능을 개선한 산소 전극 소재를 개발했다고 5일 밝혔다.
연구팀은 다양한 금속 원소를 동시에 도입해 무질서도를 높이는 고엔트로피 전략을 적용했다. 이는 특정 조건에서 오히려 구조 안정성을 확보할 수 있는 특징이 있다.
연구진은 금속 원소가 들어가는 자리(A-site)에 7종 금속 원소를 도입한 고엔트로피 이중 페로브스카이트 구조의 산소 전극을 설계했다. 이 구조는 다양한 금속 혼합을 통해 전하 이동과 산소 반응을 촉진해 전기 및 수소 생성 속도를 높이는 특징을 갖는다.
밀도범함수이론(DFT) 계산에선 산소 결함 형성 에너지가 기존 대비 60% 이상 감소해 반응 공간 형성이 용이해졌고, 물질 내부 이온 분포 및 이동 확인 분석 기법(TOF-SIMS)을 이용한 결과 수소 이온 이동 속도가 7배 이상 증가한 것으로 나타났다.
성능 측면에서도 전력 밀도는 2.6배, 수소 생산 성능은 3배 향상됐으며 500시간 테스트에서도 성능 저하가 0.76%에 그쳐 안정성이 확인됐다.
이강택 교수는 “엔트로피라는 열역학 개념을 활용해 전극의 반응성을 제어할 수 있음을 보여준 연구”라며 “그린수소 생산 효율을 크게 높여 수소경제 상용화를 앞당길 수 있을 것”이라고 설명했다.
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