저널커버디자인 / Journal of Materials Chemistry A / 21 October 2025, Issue 39

Journal of Materials Chemistry A 에서 front cover로 선정이 되었습니다.

https://pubs.rsc.org/en/content/articlelanding/2025/ta/d5ta02799c

Abstract

전 세계적인 에너지 수요 증가에 따라 고체산화물연료전지(SOFC)는 높은 효율성과 연료 유연성으로 인해 청정 수소 에너지 변환을 위한 유망한 기술로 주목받고 있다. 그러나 금속 지지형(MS) SOFC와 같은 차세대 연료전지에서 특히 문제되는 것은 음극–전해질 계면의 불안정성이다. 전통적으로 사용되는 세리아 완충층은 음극–전해질 간의 반응을 방지하는 데 필수적이지만, 낮은 치밀화도, 과도한 두께, 그리고 1300 °C 이상의 높은 소결온도 등의 문제로 산업적 적용에 한계를 보인다.

본 연구에서는 약 3 nm 크기의 초미세 Gd-도핑 세리아 입자를 이용한 저온 제조 공정을 제안하며, 이를 통해 900–1000 °C에서 약 99%의 치밀도와 400 nm 미만의 초박막 완충층을 구현하였다. 이 개발은 Sr과 Ba의 상호확산을 제거하고, 700 °C에서 약 0.02 Ω cm² 수준의 낮은 분극 저항을 달성함으로써 높은 출력 밀도(700 °C에서 약 1 W cm⁻²)를 가능하게 했다. 완전 전지는 200시간의 일정 전류 구동에서도 전기화학적 안정성을 유지했으며, 10회의 열 사이클 후에도 성능 저하가 거의 없음을 확인하였다.

이러한 결과는 SOFC의 효율을 향상시키기 위한 확장 가능하고 비용 효율적인 해결책을 제시하며, 에너지 과학 및 기술 분야에 직접적인 영향을 미친다. 또한 본 연구는 수소 인프라, 전력망 안정화, 산업 탈탄소화를 위한 SOFC 상용화를 가속화함으로써 전 세계적인 청정 에너지 정책을 뒷받침한다.