국내 연구진이 효율과 수명을 향상시킨 저가의 수소연료전지를 개발했다.
KAIST(한국과학기술원) 생명화학공학과 김희탁 교수와 한국화학연구원 홍영택 박사 공동 연구팀은 탄화수소 멤브레인을 적용함으로써 기존 전지의 계면 탈리 문제를 해결한 수소연료전지를 개발했다고 11월21일 밝혔다.
수소연료전지는 수소와 산소의 화학반응을 통해 전기에너지를 만들어내는 장치로 화석연료를 대체할 미래 에너지원으로 주목받고 있다.
멤브레인과 전극이 접합된 수십-수백장의 「스택」으로 구성되며 일반적으로 불소계 멤브레인을 사용하지만 합성이 까다롭고 고가인 점이 단점으로 지적됐다.
이에 따라 탄화수소계 멤브레인을 활용하는 연구가 시도되고 있으나 멤브레인과 전극 사이의 결착력이 낮아 계면이 탈리되기 때문에 성능이 급격히 떨어지는 문제점이 있었다.
연구팀은 탄화수소계 멤브레인 표면에 스펀지 모양의 다공층을 형성한 뒤 다공층에 전극과 강하게 결합할 수 있는 고분자를 충진시킴으로써 멤브레인과 계면접착층을 3차원으로 맞물리게 해 강한 결착력을 발생시켰다.
연구팀이 실시한 실험에 따르면, 탄화수소 멤브레인을 적용한 수소연료전지는 기존보다 계면결착력이 37배 높았고 수명도 20배 연장된 것으로 나타났다.
김희탁 교수는 “물리적인 맞물림 구조를 통해 연료전지의 계면 탈리 문제를 해결했다”며 “기존 스프레이 코팅 방식으로 쉽게 제조할 수 있어 연료전지 가격을 낮추는데 기여할 것”이라고 강조했다.
연구 성과는 국제학술지 Advanced Materials 11월10일 온라인판에 게재됐다. <강윤화 기자>