신소재공학과 주종훈 교수 연구팀이 고투과도 세라믹 분리막을 적용하여 대량의 순산소를 제조할 수 있는 원천 소재기술을 개발하는데 성공했다
이온 전도성 산소분리막은 산소이온이 전달되는 세라믹 소재를 이용해 공기(질소 79%, 산소 21%)로부터 산소를 선택적으로 분리하는 신소재 기술이다. 이는 이산화탄소 저감을 목표로 하는 발전소에 필요한 순산소를 공급하는 핵심기술로 전 세계적으로 활발한 연구가 진행되고 있으나 소재의 기계적/화학적 취약점 때문에 내구성 및 안정성이 낮아 상용화에 난항을 겪고 있었다.
이에 주종훈 교수 연구팀은 지르코니아 기반 복합체 분리막에 루델스덴 포퍼(Ruddlesden-Popper) 구조의 새로운 활성층 적용을 통해 기존 분리막의 치명적인 문제인 2차상으로 인한 낮은 산소투과도를 획기적으로 상승시키는 데 성공했으며, 지르코니아 소재에서 세계최고 성능의 투과도를 확보하였다. 또한, 산소의 표면교환 반응이 산소투과도를 높이는 핵심반응임을 규명했다.
주종훈 교수는 “분리막의 소결 과정에서 지르코니아와 반응성이 낮은 활성층을 적용하는 것만으로 산소 생산량을 비약적으로 증가시킬 수 있는 기술을 개발하였으며 이러한 핵심 소재 기술은 세라믹 분리막을 통한 산소 생산 기술의 상용화에 단초가 될 것”이라고 밝혔다.
이 연구 성과는 과학기술정보통신부·한국연구재단 기초연구사업(신진연구), 기초연구실사업, 한국에너지기술연구원 주요사업의 지원으로 수행되었으며, 에너지 분야 세계 최고 권위지인 “Energy & Environmental Science(Impact factor: 30.067)” 온라인판에 지난 3월 11일(월)자로 게재됐다.
