국내 연구진, 전지 성능 비약적 향상시켜
By 박연수
2018-02-07 17:38:27 273

국내 연구진이 메탄올 연료전지의 핵심부품을 개발해 전지의 성능을 비약적으로 향상시켰습니다. 강원대학교 조용훈 교수와 서울대학교 성영은 교수, 최만수 교수가 함께 고성능 직접메탄올 연료전지용 막-전극 접합체를 개발했다고 한국연구재단이 밝혔습니다. 이 연구 결과는 나노기술분야 국제학술지 나노 에너지<Nano Energy> 1월호에 게재됐습니다.


막-표면의 전자현미경 사진 및 출력 성능. 출처: 한국연구재단


직접메탄올 연료전지는 액체 메탄올의 전기화학반응으로 전기를 생산합니다. 기존의 수소 연료전지에 비해 연료의 저장‧취급이 용이할 뿐만 아니라 높은 에너지 밀도를 가지고 있어 휴대용‧이동형 동력원으로의 응용이 기대되는데요. 


메탄올의 산화반응이 매우 느리게 발생하고, 산화전극으로 공급된 메탄올이 환원전극으로 투과되면서 전기에너지 생산을 저해하는 문제가 있었습니다. 상용화의 발목을 잡았죠.


연구진은 메탄올의 산화반응이 발생하는 막-전극 접합체에 간단한 공정을 통해 마이크로‧나노 규모의 구조를 도입했습니다. 이를 통해 느린 반응속도와 메탄올 투과문제를 동시에 해결했습니다. 


먼저 전해질 막 표면을 나노구조 계층으로 패턴화했습니다. 산화전극 특성을 향상하고 반응속도를 증가시켰고 이 패턴의 골짜기를 따라 균일한 나노-균일(crack)을 갖는 금 층을 표면에 도입했죠. 메탄올이 투과되지 않도록 제한했습니다.


새로운 나노구조의 막-전극 접합체 제작 과정 및 그 영향. 출처: 한국연구재단


제작된 막-전극 접합체를 직접메탄올 연료전지에 적용하면 전력 밀도가 최대 42.3% 향상됐습니다. 또한 제작된 막-전극 접합체의 백금 촉매 사용량 대비 전력 밀도(85mW/mgPt)는 상용 막-전극 접합체와 비교해 2배 이상 향상되었다는 것이 실험으로 입증됐죠.


조용훈 교수는 “이 연구는 촉매‧전해질 등 물질을 변화시키지 않고 막-전극 접합체의 구조를 변형함으로서 메탄올 연료전지의 낮은 성능 한계를 극복해낸 것”이라며 “이러한 고에너지밀도의 연료전지를 드론의 전력원으로 사용하면 비행시간을 획기적으로 늘릴 수 있어, 활용범위가 비약적으로 확장될 수 있다”라고 연구의 의의를 설명했습니다.


박연수 에디터(flowers1774@scientist.town)

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