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[IT뉴스]“손톱 크기면적서 높은 전력생산”… KAIST, 차세대 암모니아 연료전지 개발

온카뱅크관리자

2026-05-20 08:27:29

<div id="layerTranslateNotice" style="display:none;"></div> - 고엔트로피 촉매와 금속 나노입자 결합 - 세계 최고 수준 출력·장기 안정성 확보 
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 <img alt="여러 금속 원소를 섞어 만든 고엔트로피 촉매(AI 생성 이미지).[KAIST 제공]" class="thumb_g_article" data-org-src="https://t1.daumcdn.net/news/202605/20/ned/20260520081956258fzpi.jpg" data-org-width="842" dmcf-mid="2XSgoJfzt2" dmcf-mtype="image" height="auto" src="https://img3.daumcdn.net/thumb/R658x0.q70/?fname=https://t1.daumcdn.net/news/202605/20/ned/20260520081956258fzpi.jpg" width="658">
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 여러 금속 원소를 섞어 만든 고엔트로피 촉매(AI 생성 이미지).[KAIST 제공]
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 [헤럴드경제=구본혁 기자] 국내 연구진이 합금 나노입자를 통해 높은 암모니아 분해 활성을 구현한 새로운 연료전지 기술을 개발했다.
 이 기술은 AI 데이터센터와 같은 대규모 전력 소비 시설, 분산형 발전 시스템, 산업용 친환경 발전 설비 등에 적용이 가능할 것으로 전망된다.
 KAIST는 기계공학과 이강택, 배중면 교수는 한국세라믹기술원 신태호 박사, 한국지질자원연구원 노기민 박사 공동 연구팀과 함께, 암모니아 기반 프로토닉 세라믹 연료전지(PCFC)의 성능과 내구성을 획기적으로 향상시키는 촉매 기술을 개발했다고 20일 밝혔다.
 암모니아는 액체 형태로 저장과 운송이 쉬워 차세대 수소 운반체로 주목받고 있다. 또한 질소(N)와 수소(H)로만 구성돼 있어 발전 과정에서 이산화탄소를 거의 배출하지 않는 대표적인 무탄소 연료로 평가받는다. 하지만 연료전지 내부에서 니켈 기반 소재를 손상시키고 반응 속도를 떨어뜨려 성능 저하와 수명 단축을 유발하는 문제가 있었다.
 연구팀은 이를 해결하기 위해 여러 원소를 혼합해 구조 안정성을 높이는 ‘고엔트로피(여러 원소를 섞어 소재의 안정성과 성능을 높이는 설계 방식)’ 산화물 촉매와, 구동 과정에서 표면에 자발적으로 형성되는 금속 나노입자(나노미터 크기의 초미세 금속 입자)를 결합한 새로운 촉매 구조를 설계했다.
 이 촉매는 암모니아 환경에서도 구조가 쉽게 무너지지 않을 뿐 아니라, 암모니아를 수소로 분해하는 반응을 효과적으로 촉진하는 것으로 나타났다.
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 <img alt="이강택(윗줄 왼쪽부터) KAIST 교수, 배중면 교수, 신태호 한국세라믹기술원 박사, 노기민 한국지질자원연구원 박사, 김동연(아래 왼쪽부터) KAIST 박사, 박동재 한국세라믹기술원 연구원, 정인철 한국지질자원연구원 박사.[KAIST 제공]" class="thumb_g_article" data-org-src="https://t1.daumcdn.net/news/202605/20/ned/20260520081956518uflf.jpg" data-org-width="1280" dmcf-mid="V5NfVbtWY9" dmcf-mtype="image" height="auto" src="https://img2.daumcdn.net/thumb/R658x0.q70/?fname=https://t1.daumcdn.net/news/202605/20/ned/20260520081956518uflf.jpg" width="658">
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 이강택(윗줄 왼쪽부터) KAIST 교수, 배중면 교수, 신태호 한국세라믹기술원 박사, 노기민 한국지질자원연구원 박사, 김동연(아래 왼쪽부터) KAIST 박사, 박동재 한국세라믹기술원 연구원, 정인철 한국지질자원연구원 박사.[KAIST 제공]
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 특히 촉매 표면에 스스로 형성된 금속 합금 나노입자는 단일 금속 촉매보다 훨씬 높은 촉매 활성을 나타냈다. 이를 적용한 연료전지는 700℃에서 단위면적(1㎠)당 2.04W의 최대 출력밀도를 기록했다. 이는 손톱 크기 면적에서 높은 전력을 생산할 수 있다는 의미로, 수소 이온(Proton·양성자)을 이동시켜 전기를 생산하는 암모니아 기반 프로토닉 세라믹 연료전지 분야 세계 최고 수준의 성능이다.
 또한 600℃의 가혹한 환경에서도 255시간 이상 안정적으로 작동하며 기존 촉매에서 나타나던 성능 열화(시간이 지날수록 성능이 떨어지는 현상) 문제도 크게 개선했다.
 이강택 교수는 “고엔트로피 산화물과 합금 나노입자의 시너지 구조를 통해 암모니아 연료전지의 성능과 내구성을 동시에 향상시켰다”며 “이번 연구는 암모니아 기반 무탄소 발전 기술과 차세대 수소 에너지 시스템 상용화를 앞당기는 계기가 될 것”이라고 말했다.
 이어 “향후 셀 대면적화와 장기 내구성 향상 연구를 지속적으로 수행하며, 실제 시스템 수준 적용 가능성을 검토해 나갈 계획”이라고 덧붙였다.
 이번 연구결과는 에너지·재료 분야 국제학술지 ‘Nano-Micro Letters’에 4월 17일 게재됐다.
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