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| 초임계유체 상태의 아이오노머를 적용해 수소연료전지의 수명을 향상시킬 수 있는 기술을 개발한 강원대 조용훈 교수팀 등 국내연구는 국제학술지 ‘사이언스 어드밴시즈(Science Advances)’에 2월 1일 게재됐다.(자료출처=사이언스 어드밴시즈/제공=강원대 조용훈 교수팀) |
[아시아뉴스통신=이기종 기자] 한국연구재단(NRF)은 강원대학교 에너지공학부 조용훈 교수팀이 이창현(단국대학교), 성영은 교수(서울대학교 IBS 나노입자연구단) 연구팀과 공동으로 초임계유체 상태의 아이오노머를 적용해 수소연료전지의 수명을 향상시킬 수 있는 기술을 개발했다고 4일 밝혔다.
수소차의 동력원인 수소연료전지는 백금 촉매의 도움으로 수소와 산소의 반응을 통해 전기를 만든다.
최근 보고된 촉매들은 실제 전기를 생산하는 수소 연료전지 단전지(single cell)의 전극에 적용하였을 때 성능 및 내구성은 반쪽 전지 결과보다 매우 낮았다.
이러한 현상의 원인 규명을 위한 충분한 연구들이 아직 수행되지 않았으며 현재까지 보고된 연료전지의 성능과 내구성 연구는 높은 성능의 촉매 또는 고체 전해질막 자체에 집중되고 있다.
이번 연구팀은 이러한 제한점을 해결하기 위해 촉매와 고체 전해질막 이외에도 연료전지 성능에 큰 영향을 미치는 요인 중 하나인 아이오노머(ionomer)에 초점을 두고 촉매가 아닌 아이오노머의 특성을 제어함으로써 연료전지의 성능과 내구성을 향상시켰다.
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| 초임계유체 상태의 아이오노머를 적용해 수소연료전지의 수명을 향상시킬 수 있는 기술을 개발한 강원대 조용훈 교수팀 등 국내연구는 국제학술지 ‘사이언스 어드밴시즈(Science Advances)’에 2월 1일 게재됐다.(자료출처=사이언스 어드밴시즈/제공=강원대 조용훈 교수팀) |
이 아이오노머(ionomer)는 수소이온을 촉매층 내부로 전달하는 한편 촉매층을 서로 붙여주는 접착제 역할을 수행한다.
이후 기체 같은 점도로 확산이 빠르고 액체 같은 밀도로 용해력이 높은 초임계유체 상태의 아이오노머를 촉매층에 도포해 수소 이온이 촉매층 내부로 최대 1.83배 빠르게 전도되도록 했다.
여기에서 초임계 유체는 물질을 특정한 고온, 고압 조건으로 처리하게 되면 밀도는 액체에 가깝지만 점도는 기체에 가까운 액체와 기체의 특성이 혼재된 성질을 가지는 것을 의미한다.
이로 인해 기존 아이오노머는 고분자 사슬간 얽힘 때문에 수소이온의 전도가 불균일하고 공정이 복잡해 단가가 높았다.
또 연구팀은 상용 불소계 아이오노머를 고온․고압으로 처리, 액체와 기체의 특성이 혼재된 상태로 만들어 평균입자 크기를 25분의 1로 축소시켰다.
이를 통해 고분자 사슬간 간격을 좁혀 얽힘을 막고 수소이온의 전도성을 높일 수 있었고 분자량(1.5배)과 결정성(1.62배)도 향상됐다.
이 연구결과에 의하면 연구팀이 만든 아이오노머를 수소연료전지에 적용한 결과로 전극 내 분산성이 우수했고 내구성 역시 기존 전극 대비 6배 향상됐다.
조용훈 교수는 “간단한 초임계 유체 공정을 도입해 특성이 향상된 아이오노머를 개발했다”며 “이는 다가오는 수소 경제 사회에서 수소 연료전지의 핵심부품에 적용할 수 있다”고 말했다.
이 연구는 과학기술정보통신부와 한국연구재단이 추진하는 기후변화 대응 기술개발사업 등의 지원으로 수행됐고 국제학술지 ‘사이언스 어드밴시즈(Science Advances)’에 2월 1일 게재됐다.
