낮은 온도에서만 작동하는 기존 수소연료전지의 한계를 넘어 고온에서도 구동하는 연료전지 핵심 소재가 국내 연구진에 의해 개발됐다.
수소연료전지는 고온에서 구동할수록 시스템의 크기를 줄이고 에너지 밀도를 높일 수 있는 장점이 있어서 향후 시장 활성화에 큰 기여를 할 것으로 기대된다.
한국과학기술연구원(KIST) 이소영 수소·연료전지연구단 책임연구원과 남석우 청정수소융합연구소장 연구팀은 김형준 한국에너지공대 교수 연구팀과 공동으로 250도 이상 고온에서 구동할 수 있는 연료전지 막전극접합체(MEA)를 개발했다고 30일 밝혔다.
MEA란 전해질막과 전극이 결합한 구조로 연료전지에서 전기를 만드는 핵심 역할을 한다. 현재 자동차 등에 활용되는 상용 수소연료전지는 80도 정도 저온에서 작동하는 한계를 안고 있다.
연구팀은 이를 극복하기 위해 스스로 고분자 구조를 만드는 자가 조립 특성을 가진 세륨포스페이트 파라-폴리벤지이미다졸(p-PBI) 고분자 전해질막을 설계했다.
이 전해질막은 250도 이상 온도에서도 연료전지 에너지 밀도에 영향을 주는 수소이온 전도성을 안정적으로 유지했다.
연구팀이 이렇게 개발한 연료전지는 250도에서 최대 출력 밀도가 제곱센티미터당 2.35와트(W)로 세계 최고 수준이다.
연구팀은 80~160도 열성능 테스트에서 기존 PBI 기반 연료전지 대비 10배 이상인 5천 시간 장시간 운전이 가능한 것을 확인했다고 강조했다. 160~240도 중고온 테스트에서도 500시간 이상 거뜬히 성능 저하가 없었다.
KIST측은 "중대형 운송 수단에 탑재할 수 있는 수소연료전지 개발에 활용될 것으로 예상된다"며 "지속적인 연구개발을 통해 작동 온도를 더 향상할 계획"이라고 말했다. 연구 결과는 지난 7월 국제학술지 '네이처 에너지'에 실렸다.
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