국내 연구진이 메탄올 연료전지의 성능을 크게 높일 수 있는 핵심 부품을 개발했다. 이 기술을 적용하면 높은 에너지밀도의 연료전지를 구현, 드론의 비행시간을 획기적으로 늘릴 수 있다.
한국연구재단(이사장 조무제)은 조용훈 강원대 에너지공학부 교수가 성영은·최만수 서울대 교수와 함께 고성능 직접메탄올 연료전지용 막-전극 접합체를 개발했다고 1일 밝혔다.
직접메탄올 연료전지는 액체 메탄올의 전기화학반응을 이용해 전기를 생산한다. 기존 수소 연료전지보다 연료의 저장·취급이 쉽다. 이 때문에 차세대 휴대용 동력원으로 주목받고 있지만, 문제점도 있다.
메탄올은 수소보다 산화반응이 매우 느리다. 이 때문에 직접메탄올 연료전지의 단위면적당 출력은 수소전지의 5분의 1 수준에 불과하다. 활발한 반응을 이끌어 내기 위해서는 반응성이 높은 백금 촉매를 더 많이 써야한다. 산화전극으로 공급된 메탄올이 환원전극으로 투과되는 과정에서 에너지 생산을 저해하는 문제점도 있어 상용화가 쉽지 않다.
연구팀은 전해질 막과 전극의 접합체에 마이크로미터(㎛)·나노미터(㎚) 크기의 미세 구조를 구현해 이런 문제를 해결했다. 막-전극 접합체는 메탄올 산화반응이 발생하는 영역이다.
우선 접합체의 전해질 막 표면에 나노구조 계층을 패턴화 했다. 표면에 열과 압력으로 구조를 새기는 '나노임프린트' 공정을 이용해 표면적을 확장하는 방법을 썼다. 또 표면 패턴에 금 층을 추가해 메탄올 투과를 제한했다.
이 결과 기존보다 백금 촉매 양을 4분의 1 수준으로 줄이고도 출력은 2배로 높일 수 있게 됐다.
연구팀은 이 부품 기술이 드론과 같이 안정화된 고에너지 밀도의 연료전지를 사용하는 분야에 널리 쓰일 수 있다고 설명했다.
조용훈 교수는 “막-전극 접합체의 구조를 변형해 메탄올 연료전지의 낮은 성능 한계를 극복했다”면서 “고에너지밀도의 연료전지를 드론의 전력원으로 활용하면 비행시간을 획기적으로 늘릴 수 있다”고 말했다.
대전=김영준기자 kyj85@etnews.com
