국립한밭대학교는 김정현 신소재공학과 교수 연구팀이 층상 페로브스카이트 공기극에서 발생하는 코발트(Co) 표면 용출(Exsolution) 현상을 정량적으로 규명하고, 세리아 기반 이온전도체(CGO)와의 복합화를 통해 이를 제어하는 신기술을 개발했다고 21일 밝혔다.
IT-SOFC용 층상 페로브스카이트 공기극은 높은 이온·전자 전도성으로 주목 받았지만 고온 구동 시 코발트 성분이 표면으로 과도하게 용출돼 입자가 굵어지고 계면이 불안정해지는 열화 문제가 한계로 지적됐다.
연구팀은 단일 공기극 소재에 세리아계 산화물을 복합화한 'SBCF-CGO' 시료를 적용해 분석했다. 그 결과 600℃ 조건에서 코발트 용출 입자의 면적분율은 기존 10.78%에서 3.22%로, 평균 입자 크기는 5.9nm에서 2.2nm로 대폭 줄어드는 것을 확인했다. 연구팀은 장기 고온 노출 환경에서도 급격한 성능 저하 없이 안정적인 저항 거동을 유지했다고 설명했다.
이번 연구는 홍유택 대학원생( ㈜미코파워)이 제1저자로, 김 교수가 교신저자로 참여했다. 결과는 수소·연료전지 분야 국제학술지 'Journal of Power Sources' 696권(2026년)에 게재됐다.
연구팀은 앞서 발표한 선행 연구(임유리 대학원생 제1저자)와 연계해 코발트 표면 화학을 정밀하게 다루는 투트랙 전략을 완성했다. 선행 연구가 코발트가 부족한 공기극에 질산코발트를 함침시켜 용출을 '유도'하고 반응을 촉진했다면, 이번 연구는 과잉 용출되는 코발트를 세리아 복합화로 '억제·조절'해 계면 안정성을 확보한 것이 차이점이다.
김 교수는 "이번 연구는 코발트가 풍부한 공기극의 용출 현상을 정량 분석하고 이를 제어할 수 있음을 입증한 성과"라며 "앞선 함침 연구와 결합해 필요에 따라 코발트 표면 화학을 유도하거나 억제하는 상호 보완적 설계 전략을 모두 확보했다"고 평가했다.