수분 자유롭게 조절하는 '나노크랙' 기술이 핵심<br />
이영무 교수 "분리막가격 10분의 1까지 낮출 것"
(서울=포커스뉴스) 높은 온도와 낮은 습도에서도 작동이 가능한 연료전지분리막이 세계 최초로 국내에서 개발됐다.
한양대학교 연구팀은 28일 "고온저가습용 연료전지분리막을 개발했다"며 "현재 정체 상태인 연료 전지 실용화 연구의 패러다임을 획기적으로 바꿀 것이다"고 밝혔다.
한양대 총장이자 분리막 분야의 석학인 이영무 한양대 공대 에너지공학과 교수가 주도한 이번 연구는 김태욱 생명과학과 교수, 김덕수 기계공학과 교수와 연구원들이 참여했다.
한양대 연구팀이 새롭게 개발한 것은 고온저가습용 비불소계 고분자 전해질 연료전지분리막이다.
이전에 사용되던 불소계 수소연료전지용 분리막은 사용 온도가 80~90도밖에 안돼, 작동시 120도까지 올라가는 수소연료전지를 차갑게 하기 위해서는 냉각장치나 가습을 위한 장치를 달아야하는 단점이 있었다. 부차적으로 달아야 하는 장비 탓에 가격 또한 비쌌다.
그러나 연구팀의 고온저가습용 비불소계 고분자 전해질 연료전지분리막의 개발로 이러한 문제점이 어느정도 보완된 것이다.
연구팀이 만든 연료전지분리막의 핵심은 '나노크랙'이다.
저가의 비불소계 고분자분리막에 10~100㎚(나노미터)로 얇게 씌운 플라즈막이 10~50㎚ 크기의 나노크랙을 형성한다. 나노크랙은 '밸브' 같은 역할을 하면서 수분을 자유롭게 빼고 가둬 자체적으로 보유할 수 있도록 돕는다.
이번 연구는 나노크랙이 형성된 분리막이 120도의 고온과 35%수준의 저가습 조건에서도 수소이온 전도도를 높게 해 장지간 연로전지 작동을 가능하게 했다는데 의의가 있다.
연구팀은 핵심기술인 나노크랙을 만들기 위해 2009년부터 연구를 진행했다. 나노크랙의 영감은 '선인장'에서 얻었다.
이영무 교수는 나노크랙을 연구하게된 계기로 "고온저가습 조건에서 필요한 성능을 갖는 막을 개발하는 것은 모든 연구자의 꿈이다"고 운을 뗐다.
이 교수는 이어 "사막에서 살아남는 식물의 원리를 알면 뭔가 해결할 수 있는 방법이 있을 것 같다는 생각에 선인장을 주목했다"며 "내가 출장을 갔다오면 다른 화초는 죽는데 선인장은 살아남았다. 이에 사막에 있는 선인장의 원리를 알아보게 됐다"고 말했다.
연구팀은 이 기술이 향후 상용화될 경우 수소연료전지 차량의 핵심 부품인 수소연료전지 분리막 가격을 현재의 10분의 1수준으로 낮출 것으로 기대하고 있다.
이영무 교수는 "고온에서 작동을 하면 냉각장치나 가습장치가 필요 없게된다"며 "촉매도 적게 쓸 수 있기 때문에 비용을 줄일 수 있을 것"이라고 강조했다.
이어 "이번에 개발한 나노크랙을 이용해 만든 자기가습 분리막을 활용해 청정 수소에너지를 이용한 보급형 연료전지 차량과 가정용 연료전지 시스템을 만들 경우 차세대 원천기술로서 획기적 전기가 마련될 것"이라고 덧붙였다.
한양대 연구팀의 이번 연구 결과는 학술지 '네이처' 28일(현지시간)자 온라인 판에 게재됐으며 이번 연구는 미래창조과학부 한국연구재단 나노소재기술개발사업'의 지원으로 진행됐다.이영무 한양대학교 공과대학 에너지공학과 교수 <사진제공=한양대학교>
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