한국기술교육대학교(총장 이성기)는 에너지신소재화학공학부 최순목 교수 연구팀이 상온에서 금속과 대등한 전기전도도*를 나타내면서 내구성은 더 우수한 산화물 전극소재를 개발했다고 밝혔다.
* 전기전도도 : 물체에 전류가 잘 흐르는 정도를 표시하는 양으로서 물질의 고유한 성질.
                    금속과 같은 도체는 전기전도도가 크고 유리나 나무 같은 부도체는 전기전도도가 작다.

인공지능과 전기자동차 등 기술의 발전은 ‘효울’과 ‘고온내구성’이 우수한 전자부품의 개발을 요구하고 있으며, 이에 따라 전기전도도가 탁월한 신소재의 개발 필요성이 가속화 되고 있다. 지금까지 고전도성 소재는 대부분 금속소재에 한정되어 있는데 금속소재는 고온안정성, 내산화성, 내상성이 떨어지며 특히 차량용 전자부품의 경우 신뢰성 검증 과정으로 인해 단기간에 시장 진입이 어려운 실정까지 더해 부품의 고집적화에 따른 ‘효율’과 ‘고온내구성’이 우수한 전자부품 개발의 필요성에 따라 ‘전기전도도’가 우수한 전극소재의 개발이 요구되고 있다.

이러한 소재의 개발을 위해 최순목 교수 연구팀은 세라믹기술원 등과 공동 연구를 통해 CaVO3-δ(칼슘바나듐옥사이드)계 페롭스카이트 산화물 소재에서 전기전도도는 상온에서 Ti(티타늄) 금속만큼 우수하며(1.6x105 S/cm), 금속전극과는 다르게 O2(산소)분압이 높은 산화 분위기부터 H2(수소)분압이 높은 환원 분위기까지 광대역에서 전기전도도가 동일하게 유지되는 내구성을 확보하여 기존 전극 소재들과 차별화된 결과물을 개발 하였다.

이번 연구결과를 자동차용 연료전지의 전극 소재에 적용하면 원가절감과 내구성 향상을 기대할 수 있으며 고온 연료전지에 응용하면 기존 전극 대비 매우 우수한 전기전도도 성능 향상에 기여할 것으로 기대된다.

연구책임자인 최순목 교수는 “전 세계 11조 이상 시장이 형성된 적층세라믹콘덴서(MLCC)의 내부전극에 첨가될 경우 기존 첨가제 대비 높은 전기전도도로 인해 capacitor(커패시터, 축전기)용량의 증가 효과를 기대해 볼 수 있다.”며 “이외에도 산화물 특유의 투명한 성질을 구현한다면 디스플레이용 투명도전막 소재(TCO)에도 응용 가능성이 있는 핵심 전극소재가 될 것으로 기대한다.”고 말했다.

해당 연구는 Journal Citation Reports(JCR, 저널인용보고서) 상위 5% 저널인 Scripta Materialia에 게재됐으며(Vol. 210, page 114416, 2022), 물질특허가 세라믹기술원과 공동으로 출원되었다(등록번호 10-1559942). 또한 9월에 한국연구 재단의 중견연구과제에 “금속도전성을 갖는 세라믹 전극소재의 내구성 연구” 제목으로 지원대상 과제에 선정됐다.

 ▲ Ti 금속만큼 우수하면서 ‘ 광대역 내구성 ‘ 이 확보된 CaVO3- δ 의 상온 전기전도도 결과와 자동차용 연료전지  
전극소재 평가하는 설비그림 및 소재평가용 고온연료전지 제작결과