【우리일보 인천=이진희 기자】인천대 신소재공학과 명재하 교수와 한국과학기술연구원(KIST) 윤성필 박사 공동연구팀이 운전 환경에 따라 스스로 촉매 구조를 바꾸는 ‘지능형 대칭 전극’ 기술을 개발, 고성능 가역 용융탄산염 전지(MCC) 구현에 성공했다고 26일 밝혔다.

용융탄산염 전지는 전력을 생산하는 ‘발전 모드’와 수소를 생산하는 ‘전해 모드’를 오갈 수 있어 탄소 포집 및 자원화에 유리한 차세대 에너지 시스템이다. 하지만 기존 니켈 기반 전극은 공기극에서의 반응 속도가 느리고 내구성이 떨어져 상용화에 어려움이 있었다.

연구팀은 상용 니켈 전극을 란타넘(La) 용액에 담그는 간단한 ‘단일 원소 딥 코팅’ 공정을 도입해 이 문제를 해결했다. 이 전극은 전지 작동 과정에서 환경에 맞춰 스스로 구조를 재구성하는 ‘운전 중 자가 조립(Operando self-assembly)’ 현상을 보인다.

공기극에서는 $LaNiO_3$ 촉매가, 연료극에서는 나노입자가 용출된 $La_2O_3$ 촉매가 형성되어 각 반응을 획기적으로 촉진한다.이번 기술 적용 결과, 전극 저항은 기존 대비 약 60% 감소했으며 전해 모드에서 90.3%의 높은 에너지 효율을 기록했다. 특히 200시간 이상의 가혹한 운전 조건에서도 안정적인 내구성을 입증했다. 또한 공기극과 연료극에 동일한 소재를 사용하는 ‘대칭 구조’를 채택해 제조 공정을 단순화하고 대면적 제작(805$cm^2$)에도 성공하며 산업적 확장성을 확보했다.

명재하 교수는 “귀금속 없이도 성능 향상과 공정 단순화를 동시에 달성한 것이 핵심”이라며 “탄소 배출 저감을 넘어 탄소를 자원으로 재순환하는 탄소중립 실현의 기반 기술이 될 것”이라고 밝혔다.이번 연구 결과는 촉매 및 에너지 분야 국제 학술지인 ‘어플라이드 카탈리시스 B(Applied Catalysis B: Environment and Energy)’ 2월호 온라인판에 게재됐다.