국내 연구진이 수소연료전지의 물 배출을 개선해 효율을 높이고 촉매 전극의 부식도 방지할 수 있는 기술을 개발했다. 수소전기차 등 수소에너지 대중화에 기여할 것으로 기대된다.
광주과학기술원(GIST·총장 문승현)은 이재영 지구·환경공학부 교수팀이 한국전력공사 전력연구원(원장 배성환)과 공동으로 흑연탄소나노섬유를 이용, 수소연료전지의 물 관리 문제를 개선하고 전극 부식을 억제해 내구성을 높이는 기술을 개발했다고 13일 밝혔다.
수소연료전지는 수소산화반응과 산소환원반응으로 전기와 열을 동시에 발생시키는 친환경 고효율 발전 장치다. 연료로 주입하는 수소에서 분해된 전자는 외부회로를 거쳐 전기를 생산하고 수소 이온은 수소이온교환막을 통해 전극의 공기 속 산소와 반응해 물을 생산한다.
이 과정에서 물이 수소이온교환막에 적절히 포함되면 수소이온전도도를 향상시키지만 많은 양의 물이 전극 내부에서 넘치면 연료 전달을 방해해 수소연료전지의 성능을 떨어뜨린다.
연구팀은 전기방사법을 이용해 합성한 탄소나노섬유를 2500℃ 초고온에서 열처리해 탄소를 흑연화한 흑연탄소나노섬유로 수소연료전지 전극을 개발했다.
이를 기존 백금 탄소 전극과 비교한 결과, 탄소나노섬유의 물과 화합하지 않은 소수성 표면과 높은 전기전도도 특성으로 물은 자발적으로 배출되고 공기 속 산소 공급은 원활해진다는 사실을 확인했다.
또 흑연탄소나노섬유를 최적화된 비율로 혼합해 수소연료전지 전극에 적용했을때 일반 전극에 비해 18.5% 정도 효율이 향상되는 것으로 나타났다.
연구팀은 흑연탄소나노섬유를 도입한 전극의 부식을 방지해 내구성을 향상시켜 수소전기차 등 수소연료전지 제조의 경제성을 높일 수 있을 것으로 기대하고 있다.
이재영 교수는 “복잡한 공정을 거치지 않고 단순히 촉매 물질을 혼합하는 방식으로 수소연료전지 효율 및 내구성을 동시에 개선할 수 있다”면서 “수소전기차와 수소연료전지발전용 스테이션 등 다양한 산업에 적용할 수 있는 기술이다”고 말했다.
광주=김한식기자 hskim@etnews.com
