고효율ㆍ성능 연료전지 소재 개발 잇따라

수소나 메탄올 등의 연소 에너지를 전기로 바꾸는 차세대 에너지원, `연료전지(Fuel Cell)`의 성능 개선에 활용될 새로운 소재 개발이 잇따르고 있다.

교육과학기술부는 한국원자력연구원과 한국에너지기술연구원이 지난 2007년부터`방사선을 이용한 연료전지 소재 개발` 과제 연구를 진행한 결과, 탄소막코팅 은(銀)나노 분말촉매제와 고분자 연료 전지막을 만드는 데 성공했다고 25일 밝혔다.

원자력연구원 이창규 박사 연구팀은 은 나노입자 표면에 탄소를 입혀 연료전지 전극과의 결합력을 높이는 동시에, 열처리 중 나노입자끼리 뭉치는 현상을 막았다.

현재 고체산화물 연료전지(SOFC)의 최대 난제는 800~1천℃에 이르는 동작 온도(작동에 필요한 온도 환경)를 낮추는 것이다. 그동안 은을 활용한 저온 동작 연구가 이뤄져 왔으나, 은이 열처리 과정에서 나노 입자끼리 서로 응집하는 단점을 극복하지 못했다. 그러나 이 박사 연구팀은 탄소막 코팅 은 나노 촉매제를 사용한 SOFC가 650℃ 환경에서 최대 400㎽/㎠의 출력이 가능하다는 사실을 확인했다.

같은 연구원 신준화 박사와 에너지기술연구원 정두환 박사가 참여한 연구팀은 직접메탄올 연료전지(DMFC)용 `방사선 조사(쪼임) 고분자 연료 전지막`을 완성했다.

DMFC는 연료전지 가운데 수소 대신 메탄올을 연료로 사용하는 종류를 말한다. DMFC에서는 메탄올의 농도를 높일수록 출력도 커지고 더 낮은 온도에서 사용할 수 있지만, 고농도 메탄올을 사용하면 전해질이 이를 흡수해 부풀어 오르면서 전지 효율이 오히려 떨어지는 문제가 있다.

연구팀은 전해질로 사용되는 고분자 필름에 방사선을 쪼여 염화비닐벤젠 고분자를 덧붙였고, 이 새로운 연료 전지막에 메탄올이 쉽게 침투하지 못한다는 사실을 입증했다. 이 연료 전지막으로 DMFC를 제작한 결과, 현재 연료 전지막으로 널리 사용되는 듀퐁(Dupont)사의 소재 `나피온(Nafion)`에 비해 2배의 메탄올 농도에서도 정상 출력(120㎽/㎠)이 유지되는 것도 확인했다.