빨대처럼 구부리고 접어도 성능 발휘하는 `소형 연료전지`

IBS, 부피·무게 확 줄인 연료전지 등장
유연하게 구부러지고 높은 전압 구동
국내 연구진이 작고 가벼우면서 구부릴 수 있는 빨대 모양의 연료전지를 개발했다. 스마트폰과 드론 등 휴대용 소형 전자기기의 전원으로 활용할 수 있을 전망이다.

기초과학연구원(IBS) 나노입자 연구단은 성영은 부연구단장(서울대 교수) 연구팀이 조용훈 강원대 교수 연구팀과 공동으로 소형전자기기에 최적화된 3차원 빨대 모양의 연료전지를 개발했다고 8일 밝혔다.'

연료전지는 양측의 끝판과 분리막, 막전극접합체(MEA) 등으로 구성된다. 이 중 양쪽 끝판과 분리판은 연료전지 전체 무게의 80%를 차지하고 있으며, 경량화하기 쉽지 않았다.

연구팀은 종이컵을 쌓아 올리듯 원추형 유닛을 이어 주름진 빨대 형태의 연료전지를 만들었다. 이 과정에서 양쪽 끝판을 제거하고, 관의 안쪽을 연료(수소)의 통로로, 외부를 공기(산소) 공급면으로 활용해 분리판 역할을 대체함으로써 부품 무게를 60% 이하로 대폭 줄였다.

특히 빨대의 주름진 부분처럼 자유자재로 줄이거나 늘일 수 있어 주름을 따라 접으면 부피를 50% 줄일 수 있고, 90도까지 유연하게 구부릴 수 있다고 연구팀은 설명했다.

종이컵을 쌓듯 직렬 연결이 가능해 높은 전압을 구동할 수 있고, 2개 유닛을 직렬 연결한 연료전지의 무게는 0.22g, 부피는 0.565㎠ 수준으로 매우 작고 가볍다. 소형 크기임에도 에너지 밀도가 높고, 100회 이상 충방전시에도 성능이 유지된다.

성영은 부연구단장은 "원추형 역 트러스 디자인 종이접기를 적용해 연료전지에 기계적 움직임을 더해 접었을 땐 부피를 줄일 수 있고, 90도 구부린 형태에서 90%에 달하는 초기 성능을 유지한다"며 "고분자 전해질 막 연료전지뿐 아니라, 고분자의 막전극접합체가 적용되는 전기화학 장치와 수전해 등 수소생산 장치에도 적용할 수 있다"고 말했다.

이 연구결과는 에너지 분야 국제 학술지 'ACS 에너지 레터스(지난달 19일자)' 온라인판에 실렸다. 이준기기자 bongchu@dt.co.kr