KIST(원장 이병권)는 이종호 고온에너지재료연구센터 박사팀이 박막형 고체 산화물 전해질의 내부 응력을 조절해 기존 재료보다 높은 전기전도도를 갖는 고체전해질을 개발했다고 1일 밝혔다.

그동안 재료의 나노구조화를 통한 물성 향상 현상에 대한 결과가 학계에 많이 발표됐다. 하지만 실험적으로 제어하기 어려운 변수가 존재하고, 재현성이 없는 실험 결과로 인해 고성능 나노구조재료를 실제 에너지 시스템에 적용하는데 한계가 있었다.

이에 KIST 연구진은 전도성 기판을 이용해 전기전도도 측정 시 실험적 오차를 발생시키는 요인들을 효과적으로 제거할 수 있는 실험기법을 설계했다.

이후 나노구조에서 발생하는 내부 응력을 정량적으로 평가할 수 있는 고분해능의 분석장비를 도입해 나노구조 고체전해질의 이온전도도를 박막의 내부응력 제어함으로써 이를 효과적으로 향상시킬 수 있는 새로운 설계 기법을 제시했다.

연구진은 연료전지나 배터리 내부에 들어가는 고체전해질을 박막으로 성장시켰을 때 발생하는 응력을 이용해 재료의 원자간 거리를 제어했다.

또 고체전해질 내에서 이온이 이동할 때 필요한 에너지장벽을 낮춰 기존 고체전해질 고유의 물성 보다 약 10배 이상 높은 전기전도도가 있는 고성능 박막 고체전해질을 개발했다. 

이종호 KIST 박사는 "이번 고성능 박막 고체전해질 개발을 통해 원자스케일에서 재료의 물성을 설계하는 새로운 패러다임을 제시했다"면서 "향후 고성능 박막 고체전해질을 실제 친환경 에너지 시스템에 적용해 기존보다 향상된 성능을 갖춘 연료전지를 개발할 수 있을 것"이라고 말했다. 

이번 연구는 과학기술정보통신부의 기후변화대응기술개발사업 지원을 받았다. 연구 결과는 나노기술 분야 학술지 '나노레터(Nano Letters)' 최신호에 게재됐다.