고밀도 벌크(Bulk) 전극 모델 모식도와 전극 성능 실시간 분석도. /지스트 제공


광주과학기술원(GIST·지스트)은 9일 환경·에너지공학과 주종훈 교수 연구팀이 수소 생산과 발전에 쓰이는 고온 에너지 장치 내부 변화를 실시간 관찰할 수 있는 기술을 개발했다고 밝혔다. 장치가 작동하는 동안 전극에서 일어나는 산소 이동과 전기화학 반응을 동시에 추적하는 것이 핵심이다. 그동안 직접 확인이 어려웠던 내부 반응을 실제 구동 환경에서 정밀하게 분석할 수 있다는 점에서 의의가 크다.
차세대 에너지 변환 장치로 주목받는 고체산화물 전기화학 바다이야기합법 셀(Solid Electrochemical Cell)은 남는 전기로 물을 분해해 수소를 저장하고 필요할 때 다시 전기를 생산한다. 장치의 성능은 전극 내부에서 산소가 얼마나 원활하게 이동하고 반응하느냐에 좌우된다. 실제 전극은 스펀지처럼 미세한 구멍이 많은 다공성 구조인 탓에 내부 화학 반응과 구조 변화를 직접 관찰하기 까다롭다. 고온의 작동 환경 역시 오션릴게임 정밀한 측정을 가로막는 한계로 작용해 왔다.
연구팀은 복잡한 다공성 전극 대신 벽돌을 촘촘히 쌓은 듯한 치밀한 구조의 전극 모델을 제작해 문제를 해결했다. 고체 전해질과 결합된 조밀하고 단단한 세라믹 전극은 전극 구조를 단순화한다. 전극 표면 반응과 내부 산소 이동 현상을 분리해 관찰할 수 있는 최적의 환경을 제공한다.
손오공게임 연구팀은 장치 작동 상황을 재현하기 위해 전극에 전압을 가하고 이때 발생하는 전기 신호를 분석했다. 실시간으로 추적되는 내부 변화 데이터는 장치 성능을 정확하고 종합적으로 평가하는 지표가 된다. 전극 성능 저하의 근본 원인을 진단하는 도구로도 활용 가능하다.

이번 연구는 고체산화물 전기화학 셀의 반응 메커니즘을 정확히 야마토통기계 이해하고 효율과 내구성을 개선하는 기술 개발에 기여할 전망이다. 재생에너지 기반 수소 시스템의 안정성을 높여 장기적으로는 전기요금 절감과 탄소배출 저감에도 긍정적인 영향을 미칠 것으로 보인다.
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왼쪽부터 지스트 환경·에너지공학과 주 뽀빠이릴게임 종훈 교수, 김태윤 석·박사통합과정생, 이진실 박사 졸업생. /지스트 제공


주종훈 교수는 "구조를 단순화한 치밀한 전극을 통해 전극 소재의 본질적인 특성을 들여다보듯 정밀하게 진단하는 분석 체계를 완성했다"며 "연료전지를 넘어 다양한 고온 전기화학 장치의 효율과 수명 개선에 폭넓게 활용될 것"이라고 말했다.
이번 연구 결과는 에너지 분야 저명 국제학술지 '어드밴스드 에너지 머티리얼즈(Advanced Energy Materials)'에 2월 17일자 온라인으로 게재됐다./안세훈 기자 ash@namdonews.com