연료전지 내구성·성능 대폭 개선한 합성법 개발

DGIST 상가라쥬 샨무감 교수팀, 기존 내피온에 탄소나노섬유 혼합해

[아시아경제 김봉수 기자] 연료전지의 성능과 내구성을 대폭 개선할 수 있는 새로운 합성법이 개발됐다.

대구과학기술원(DGIST)은 에너지공학전공 상가라쥬 샨무감 (Sangaraju Shanmugam) 교수팀이 연료 전지에 사용되는 내피온(Nafion) 소재의 ‘고분자 전해질막(PEM·Polymer Electrolyte Membrane)’의 성능을 높이고 열화 문제를 해결하는 데 성공했다고 24일 밝혔다.

새로운 방식으로 개발된 PEM은 연료전지의 출력과 내구성을 모두 개선시킬 것으로 기대돼, 향후 연료전지가 활용되는 다양한 산업분야에 긍정적인 영향을 줄 것으로 예상된다.

‘고분자 전해질 연료전지’는 수소가스의 수소가 수소 이온과 전자로 분리되면서 수소 이온은 전해질 막을 통해서 반대 전극으로 이동하게 되고, 전자는 도선을 따라 이동하면서 전기에너지를 생산하는 원리로 작동된다. 이 때, 수소이온만을 통과시키는 막이 바로 고분자 전해질막(PEM)이다. PEM을 제조할 때 이온 전도성이 높은 ‘내피온’이 강점을 갖지만 습도가 낮아질수록 성능과 수명이 저하되는 단점이 있다.

연구팀은 내피온으로 제작된 PEM이 낮은 습도에도 안정적은 성능과 수명을 보장할 수 있는 방법에 대한 연구를 진행했다. 그 결과 기존 사용되던 내피온에 새로운 물질을 혼합해 기존의 단점 뿐만 아니라 성능과 내구성 문제를 함께 해결할 수 있었다. 세륨-티타늄 산화 나노입자가 골고루 분포돼 있는 탄소 나노섬유를 내피온과 혼합해 새로운 PEM을 개발했다. 혼합된 물질은 연료 전지에 사용된 내피온 소재의 PEM이 열화되는 것을 막아주고, 낮은 습도 환경에서도 정상적인 작동을 가능하게 했다. 여기에 기존 대비 열화 수준을 절반으로 낮춰, 섭씨 80도 상황에서 200시간 사용이 가능하던 기존 내피온의 내구성을 2배 가량 향상시켰다.

이번 연구결과는 국제 학술지인 ‘American Chemical Society’에 온라인 게재됐다.

김봉수 기자 bskim@asiae.co.kr