저비용 고효율 레고블록식 계면구조 연료전지 개발(종합)

<<수소연료전지에 대한 설명과 탄화수소계 멤브레인 개발로 인한 수소연료전지 가격저하 효과 설명 등 추가>>KAIST 김희탁 교수 "수소연료전지 자동차 가격 저감 기대"

국내 연구진이 친환경 전기자동차의 에너지원으로 기대를 모으는 수소연료전지에 값싼 탄화수소계 고분자로 레고블록식 맞물림 계면구조를 구현한 새로운 수소연료전지를 개발했다.

한국과학기술원(KAIST) 생명과학공학과 김희탁 교수팀은 수소연료전지의 전극계면과 멤브레인이 레고 블록처럼 서로 맞물려진 구조를 개발, 탄화수소계 연료전지의 계면 결착력을 8배, 연료전지의 내구성을 4배 이상 높였다고 27일 밝혔다.

이 연구 결과는 재료과학분야 국제 학술지 '어드밴스드 머티리얼스'(Advanced Materials, 5월 20일자) 온라인판 표지논문으로 게재됐다.

수소연료전지는 수소와 공기의 전기화학적 반응을 통해 전기를 발생시키는 전지로 차세대 친환경 미래 자동차로 각광받고 있는 전기자동차의 에너지원으로 기대를모으고 있다.

하지만 기존 연료전지는 고가의 불소계 멤브레인(고분자 필름 박막)을 이용하기때문에 가격을 낮추는 데 한계가 있었다.

이를 극복하기 위해 값싼 탄화수소계 멤브레인을 사용하는 연구가 진행되고 있지만 탄화수소계 멤브레인은 백금 전극과의 계면 결착이 약해 상용화에 어려움이 있다.

연구진은 이 문제를 해결하기 위해 멤브레인과 전극 계면이 레고 블록처럼 서로맞물려진 구조를 만들었다. 전극 표면에 움푹 파인 구조의 막을 형성하고 이에 맞닿는 탄화수소계 멤브레인 표면에는 마이크로미터(㎛) 크기의 돌기를 만들어 서로 맞물리게 한 것이다. 탄화수소계 멤브레인의 돌기는 전극 표면 고분자층에 삽입된 후수분에 의해 팽창하면서 계면 결착력이 강해진다.

탄화수소계 멤브레인 원료인 이온전도성 고분자물질은 가격이 기존 멤브레인 소재인 불소계 내피온(Nafion)보다 저렴해 멤브레인의 가격을 5분의 1로 저감, 수소연료전지 전체에서 30% 정도를 차지하는 셀의 제조비용을 25% 정도 낮출 수 있다고 연구진은 설명했다.

김희탁 교수는 "맞물림 계면 구조를 도입한 연료전지는 탄화수소 소재의 한계를극복할 단서를 제시했다"며 "연료전지의 가격을 낮추는 데 큰 역할을 할 수 있을 것"이라고 말했다.

scitech@yna.co.kr(끝)<저 작 권 자(c)연 합 뉴 스. 무 단 전 재-재 배 포 금 지.>