연료전지 소재 전해질막 성능저하 문제 해결할 합성법 개발

[이데일리 강민구 기자] 대구경북과학기술원(DGIST) 연구진이 연료전지의 성능과 내구성 문제를 한번에 해결할 새로운 합성법을 선보였다.

DGIST는 상가라쥬 샨무감 에너지공학전공 교수팀이 연료 전지에 사용하는 내피온 소재의 ‘고분자 전해질막(PEM)’이 가진 성능저하와 열화 문제를 해결했다고 24일 밝혔다.

상가라쥬 샨무감 대구경북과학기술원 에너지공학전공 교수(왼쪽)와 맥스웰 치포아카 석사과정생(오른쪽).(사진=대구경북과학기술원)

고분자 전해질 연료전지는 수소가스의 수소가 수소 이온과 전자로 분리되면서 수소 이온은 전해질 막을 통해 반대 전극으로 이동하고, 전자는 도선을 따라 이동하며 전기에너지를 생산한다. 이 과정에서 수소이온만을 통과시키는 PEM을 활용했고, 이온 전도성이 높은 내피온을 활용했지만 습도가 낮아질수록 성능과 수명이 낮아졌다.

연구팀은 기존에 사용하던 내피온에 새로운 물질을 혼합해 기존 단점뿐만 아니라 성능과 내구성 문제를 함께 해결했다.

우선 세륨·티타늄 산화 나노입자가 골고루 분포된 탄소 나노섬유를 내피온과 혼합해 새로운 PEM을 개발했다. 혼합한 물질은 연료 전지에 사용된 내피온 소재의 PEM이 열화되는 것을 막아주고, 습도가 낮아져도 정상적으로 작동하게 했다. 열화 수준도 절반으로 낮춰 섭씨 80도 상황에서 200시간 사용할 수 있었던 내피온의 내구성을 2배 가량 높였다.

상가라쥬 샨무감 교수는 “내피온 소재의 PEM을 개선하면 석유를 대체할 연료전지를 만드는데 기여할 수 있다고 생각해 연구를 시작했다”며 “앞으로 추가 연구를 진행해 상용화를 이뤄내도록 노력하겠다”고 말했다.

연구 결과는 국제 학술지 ‘American Chemical Society’에 온라인 게재됐다.