[뉴스토마토 이한승기자] 국내 연구진이 기존 연료전지 전극의 내구성 저하 문제를 일으키던 탄소 입자와 고분자 물질 없이 친환경 차세대 동력원인 연료전지의 성능을 획기적으로 개선했다.
기초과학연구원 나노입자연구단의 그룹리더를 맡고 있는 성영은 서울대 교수(
사진) 연구진이 수행한 이번 연구의 결과는 네이처 커뮤니케이션즈 온라인판 9월18일자에 게재됐다.
연구진은 고분자 전해질 연료전지의 효율 증가를 위해 연료전지 핵심소재인 백금촉매층 전극 구조를 제어해 나노미터(㎚) 크기의 규칙적 기공이 정렬된 3차원 나노구조인 인버스오팔 구조 전극을 도입했다.
오팔 구조에 기공을 형성한 인버스오팔 구조는 내구 기공들이 3차원으로 연결돼 있고 전극 두께를 얇게 할 수 있다. 이로 인해 단위면적당 출력성능도 53% 향상됐다.
화학적 에너지를 전기에너지로 직접 전환하는 연료전지는 값비싼 백금 촉매를 사용해 가격경쟁력이 낮다는 문제가 있었다.
연구진은 인버스오팔 구조의 특징 중 하나인 규칙적 기공구조를 통해 효율을 증가시키고자 했다.
실제로 인버스오팔 구조의 전극이 적용된 연료전지의 경우 단위면적당 출력밀도가 같은 양의 백금을 사용했음에도 기존 대비 53% 증가했으며 내구성도 뛰어날 것으로 예상된다.
이번 연구성과는 예비전력 저장 및 활용 분야에서도 아주 유용한 것으로, 물분해와 같은 수소생산기술과 조화를 이룰 경우 전체 에너지 시스템 효율향상에도 큰 도움이 될 전망이다.
성영은 교수는 "본 연구에서 사용된 나노전극 제작 기술은 비단 연료전지 분야만이 아니라 태양전지, 리튬 2차전지 등의 에너지 관련 신소재로 활용할 수 있다"고 말했다.
이어 "수소연료전지차 1대당 필요한 백금 촉매가 80g 정도 되는 것으로 추산되는데, 이번에 개발한 신개념 전극 구조가 도입될 경우 대략 절반의 백금을 아낄 수 있어 비용절감도 가능하다"고 강조했다.