[더테크 뉴스] 울산과학기술원(UNIST) 김건태 교수팀이 수소이온이 이중층 페로브스카이트 물질을 통과하는 속도를 알려 주는 정량 지표를 최초로 계산해 냈다고 8일 밝혔다. 

연구팀에 따르면 이중층 페로브스카이트는 차세대 연료전지인 '양성자 세라믹 연료전지'(PCFC)의 양극 소재로 주목받는 물질이다. 연구 결과는 국제 학술지인 '어드밴스드 사이언스'(Advanced Science) 온라인판에 3월 25일 자로 게재됐다.

양극 내에서 수소이온의 확산 특성은 연료전지 성능에 영향을 준다. 하지만 수소 이온은 작고 가벼울뿐만 아니라 다른 전도 입자와 상호 작용을 잘한다. 이 때문에 수소이온 외에도 산소이온과 전자가 통하는 이중층 페로브스카이트 내에서는 독립적 움직임을 알기 어려웠다.
 
연구진은 수소를 더 무거운 동위 원소인 중수소로 바꾼 뒤 이를 추적하는 기법을 썼다. 고온을 이용해 중수, 즉 중수소가 많이 포함된 물을 이중층 페로브스카이트에 주입한 뒤 이중층 페로브스카이트 절단면을 훑어가면서 중수소 이온의 농도 변화를 측정했다. 단면 위치별로 농도차를 이용하면 수소이온이 얼마나 빠르게 이동하는지를 간접적으로 알 수 있다.

이 물질을 쓴 PCFC 단위전지(cell)는 500 oC에서 0.42 Wcm-2의 최대 전력 밀도를 나타냈다. 수소이온 확산계수가 크기 때문이다. 이는 현재까지 보고된 연구 중 세계 최고 수준의 성능이다. 전력밀도가 높으면 한 번에 많은 힘을 내는 고출력 발전이 가능하다.

김건태 교수는 "개발한 측정법은 이중층 페로브스카이트를 포함하는 삼중 전도성 산화물(수소이온 외 전자와 다른 이온이 통과할 수 있는 물질)에 적용이 가능하다"며 "삼중 전도성 산화물을 이용한 촉매와 에너지저장장치 개발의 토대를 마련한 연구"라고 말했다.

이번 연구에는 영국 임페리얼칼리지런던의 시바프라카시 생고단 교수, 미국 조지아텍의 메이린 리우 교수, 금오공대 최시혁 교수 등도 참여했다.