알콜이 휴대폰 전원을 대신한다?
건망증이 심한 사람들은 이따금 휴대폰을 충전하지 않아 곤혹을 치르곤 한다. 그러나 몇년만 기다리면 거추장스럽게 휴대폰 충전기를 사용하지 않아도 된다.
액체 메탄올을 이용해 연료전지 셀을 만들어 현재 휴대폰용으로 사용되는 리튬이온전지를 대체할 수 있는 기술을 미국 로스앨러모스 국립연구소와 모토로라사 연구진이 공동개발, 상용화를 위한 부문에서 상당부분 성공을 거두었기 때문이다.
이른바 연료전지로 개발중인 알콜연료전지 셀은 기존 재충전 전지에 비해 에너지 밀도가 10배 높아 만년필 카트리지 크기의 메탄올전지로 1주일 이상 사용할 수 있는데 실온에서 작동되고 에어 펌프, 열 교환기 등을 사용하지 않아 벌써부터 다양한 휴대 전자제품에서 광범위하게 사용될 것으로 기대된다.
여기에는 일반적으로 백금-루테늄 혼합물 촉매제가 사용되는데 이 촉매제는 카본-디옥사이드, 양자, 전자들로 구성된 물과 메탄올의 묽은 혼합물에서 재반응을 촉진한다. 양자는 유기적인 얇은 막을 통해서 전도되고 소량의 물은 메탄올과 혼합하기 위해 재반응을 하며 카본-디옥사이드 가스에 의해 여분의 물이 수증기로 발산되면서 이때 전자들은 0.5V 정도의 전기를 발생한다.
연구팀은 가스가 셀 안팎으로 이동하는 것은 문제가 되지 않으며 이 기술의 주된 문제는 촉매화학작용과 얇은 막 설계에 달려 있다고 설명했다. 대부분 지금까지 연료셀 연구는 산화수소에 집중돼왔는데 메탄올이 산화수소보다 높은 에너지 밀도를 가진 우수한 장점이 있는데도 메탄올을 반응하도록 하기 위해서는 복잡한 촉매제가 필요했다.
그러나 촉매화학반응, 막 연구, 회로 설계기술이 획기적인 발전으로 이를 뒷받침해주고 있어 상용화 가능성이 앞당겨질 것으로 전망된다.
연구팀은 셀의 낮은 전압을 고전압으로 전환해 재래식 전지를 대체할 수 있게끔 0.5V의 전압에서도 휴대폰을 사용할 수 있도록 회로를 설계할 계획이다.
연구팀은 이 회로를 주문형반도체 형태로 개발중인데 상품화는 3∼5년 후쯤으로 예견하고 있다. 이때쯤이면 만년필의 잉크카트리지처럼 휴대폰의 전원공급원을 1주일 정도 사용하다 버리고 문구점 등에서 다시 구입해 사용하게 되는 편리한 세상이 될 것 같다.
이 메탄올 연료전지셀은 현재 우리나라에서는 삼성종합기술원 등이 실험실 모델을 개발중이다.
<정창훈기자 chjung@etnews.co.kr>