UNIST, 차세대 연료전지 재료 속 수소이온 이동 특성 규명

수소이온만 골라 추적하는 기법 이용

▲김건태 교수(왼쪽)와 공동 제1 저자 성아림 연구원. 울산과학기술원

[에너지경제신문 김기령 기자] 울산과학기술원(UNIST)은 김건태 에너지화학공학부 교수 연구팀이 수소이온(양성자)이 얼마나 빠르게 이중층 페로브스카이트(Perovskite) 물질을 통과하는지를 알려주는 정량 지표를 최초로 계산했다고 8일 밝혔다.

연구팀에 따르면 이중층 페로브스카이트는 차세대 연료전지인 ‘양성자 세라믹 연료전지’(PCFC)의 양극 소재로 주목받는 물질이다.

수소이온은 작고 가벼울 뿐만 아니라 다른 전도 입자와 상호 작용을 잘하기 때문에 이중층 페로브스카이트 내에서는 독립적인 움직임을 알기 어려웠다. 이에 연구팀은 수소이온만 골라 추적할 수 있는 기법을 이용했다.

연구팀은 수소를 더 무거운 동위 원소인 중수소로 바꾼 뒤 고온을 이용해 중수(중수소가 많이 포함된 물)를 이중층 페로브스카이트에 주입했다. 이어 이중층 페로브스카이트 절단면을 훑어가면서 중수소 이온의 농도 변화를 측정했다.

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

이번 연구에는 시바프라카시 생고단 영국 임페리얼칼리지런던 교수, 메이린 리우 미국 조지아텍 교수, 최시혁 금오공대 교수 등도 참여했다. 연구 결과는 국제 학술지인 ‘어드밴스드 사이언스’(Advanced Science) 온라인판에 3월25일자로 게재됐다.