계명대 연구팀이 충격파 유동을 이용해 수소연료전지 핵심 소재의 결함 구조를 제어하는 기술을 개발했다.계명대에 따르면 기계공학과 김익현 교수와 신소재공학과 김준석 교수 공동연구팀은 반복적인 충격파 유동을 활용해 프로톤 전도성 세라믹 내부의 산소 결함과 결정격자 왜곡을 제어하는 기술을 개발했다. 연구 결과는 국제학술지 ‘Ceramics International’에 게재됐다.프로톤 전도성 세라믹은 차세대 수소연료전지(PCFC)의 핵심 전해질 소재로, 내부의 산소 결함은 수소 이온이 이동하는 통로 역할을 한다. 기존에는 도핑이나 고온 열처리 등을 통해 결함을 제어했지만 공정이 복잡하고 소재 조성이 달라지는 한계가 있었다.연구팀은 충격파 유동으로 소재 내부에 순간적인 비평형 환경을 만든 뒤 X선 회절(XRD), X선 광전자분광법(XPS), 비표면적·입도 분석 등을 통해 구조 변화를 분석했다. 그 결과 충격파 반복 횟수가 늘어날수록 산소 결함과 Ce³⁺ 농도가 증가하다 일정 수준에서 안정화되는 현상을 확인했다.또 충격파 처리 후 분말의 비표면적이 커지고 입자 분산성이 향상되는 효과도 확인했다. 이를 통해 수소연료전지 전해질 소재의 미세구조를 균일하게 만들고 제조 공정의 안정성을 높일 수 있을 것으로 연구팀은 기대하고 있다.이번 연구는 열처리나 조성 변경 없이 충격파라는 기계적 자극만으로 기능성 세라믹의 결함 구조를 제어할 수 있음을 보여줬다는 점에서 의미가 있다. 연구팀은 향후 충격파 기반 소재 제어 기술을 촉매와 배터리, 반도체 등 다양한 분야로 확대할 계획이다.김준석 교수는 “이번 연구는 충격파를 기능성 소재의 결함 구조를 제어하는 공정기술로 활용할 수 있음을 보여준 결과”라며 “수소연료전지를 비롯한 에너지 소재의 성능 향상과 차세대 소재 설계에 기여할 것으로 기대한다”고 말했다.김익현 교수는 “충격파 유동만으로도 비평형 구조 형성과 소재 특성 조절이 가능함을 확인했다”며 “앞으로 충격파 기반 소재 공정을 다양한 기능성 소재 분야로 확대해 새로운 소재 설계 플랫폼으로 발전시키겠다”고 밝혔다.
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