UNIST(총장 이용훈)는 나명수 화학과 교수팀이 수소연료전지 효율을 획기적으로 향상하는 방법을 개발했다고 22일 밝혔다.
나 교수팀은 금속-유기 골격체(MOF) 기반 고체전해질 소재를 개발하고, 이를 이용해 수소연료전지에 사용하는 고체전해질 내 수소이온 전도성을 크게 높였다.
특히 수소이온을 제공하는 동시에 매개체로 사용하는 ‘손님 분자(Guest Molecule)’ 가운데 산성도가 낮은 손님 분자를 최초로 도입했다. MOF 기공 내부에 이 손님 분자 수를 늘리는 새로운 방법론으로 수소이온 전도도를 향상했다.
수소연료전지는 수소와 산소 화학반응으로 발생하는 화학에너지를 전기에너지로 변환하는 고효율·친환경 발전 장치다.
현재 많이 사용하는 양성자교환막 연료전지(Proton-Exchange Membrane Fuel Cell)는 열·기계·화학적 안정성을 가진 나피온(Nafion)을 전해질로 사용해 높은 수소이온 전도도를 구현했다. 하지만 작동하는 온도의 기점이 낮고 메커니즘이 불분명해 성능 향상에 한계가 있었다.
나 교수팀은 대안으로 MOF를 주목했다. MOF는 금속과 유기물이 결합해 다공성 구조를 형성하는 물질이다. 우수한 화학·열적 안정성 덕분에 최근 연료전지용 소재로 주목받고 있다. 또한 MOF는 생성 과정에서 다양한 크기의 기공을 만드는데, 이 기공을 통해 수소이온 전도도를 높일 수 있는 손님 분자를 도입할 수 있다.
나명수 교수는 “높은 전도성의 수소이온 물질을 개발할 때, 강산성 물질에 MOF를 사용해야하는 제한을 없앤 새로운 패러다임을 제시했다”고 말했다.
이번 연구성과는 지난 5월 26일 ‘앙게반테 케미’ 온라인판에 실렸고, 연구 우수성을 인정받아 6월 20일자 표지 논문으로 선정됐다.
울산=임동식기자 dslim@etnews.com