연료전지 핵심부품 단가 확 낮아진다

에너지연, MEA 전극 기술 개발
국내 연구진이 차량용·건물용 연료전지를 값싸게 제조할 수 있는 기술을 개발했다.

한국에너지기술연구원은 정치영 박사 연구팀이 이성철 한양대 교수 연구팀과 함께 습식 전기분무 공정을 적용해 고가의 백금 촉매 사용량 줄여 연료전지의 핵심 부품인 MEA(막전극접합체)를 제조할 수 있는 기술을 확보했다고 2일 밝혔다.

MEA는 연료전지 전극과 전해질막이 접합된 부품으로, 수소와 산소가 반응해 전기화학반응을 통해 실제 전기를 생산한다. 연료전지 스택 원가의 40%를 차지하고 있어 제조 단가를 낮추기 위한 기술 개발이 활발히 이뤄지고 있다.

연구팀은 습식 전기분무공정을 통해 전극에 쓰이는 고가의 백금 사용량을 현재 1㎠당 0.5㎎에서 0.1㎎ 이하로 낮추면서 산소 전달 저저항을 최소화하는 전극 설계와 제조 기술을 개발했다. 이 전극은 표면에 이오노머(수소이온층을 촉매 내부로 전달 또는 촉매에 달라붙게 하는 접착제)를 2나노미터 크기 수준으로 정밀 제어해 얇고 균일한 나피온(불소계 수소이온 전도성 고분자 전해질) 이오노머를 형성한 새로운 수직 구조로 설계됐다.

백금 촉매, 나피온 이오노머, 공극을 수직으로 배열함으로써 전기화학 반응에 필요한 이온, 전자, 산소의 이동거리를 최적화해 연료전지의 성능을 높였다고 연구팀은 설명했다.

또한 전극직접코팅 방식으로 공정을 간소화해 기존 전사 공정 대비 양산설비 설치 비용을 절반으로 줄이면서 양산 속도를 2배 이상 높일 수 있어 높은 경제성을 확보하고 있다.

정치영 에너지연 박사는 "차량용·건물용 연료전지 MEA 단가를 30% 이상 저감할 수 있는 차세대 전극 제조기술을 확보하게 됐다"며 "탄소중립을 위한 연료전지 기술 경쟁력 강화에 기여할 것으로 기대한다"고 말했다.

이 연구결과는 환경공학 분야 국제 학술지 '어플라이드 카탈리시스 비-인바이올멘탈(지난달 10일자)' 온라인판에 실렸다.이준기기자 bongchu@dt.co.kr