광주과기원, 새로운 연료전지 막 소재 개발

　국내 연구팀이 외산에 비해 가격은 5분의 1 수준인 반면 성능은 뛰어난 새로운 연료전지 막 소재 개발에 성공했다.

　광주과학기술원(GIST·원장 선우중호) 신소재공학과 이재석 교수팀은 연료전지용 양이온 전해질막 소재로 사용하는 ‘나피온(Nafion)’보다 안정성 및 효율성이 크게 뛰어난 반면, 가격은 5분의 1가격으로 저렴한 새로운 막 소재를 개발했다고 10일 밝혔다.

　미국 듀폰사가 개발한 나피온은 고분자 물질이 활성을 갖고 움직이기 시작하는 유리전이온도가 낮아 80℃ 이상의 고온에서 사용하기 어려웠다. 또한 액체 연료전지에서는 연료가 막을 통과하는 정도를 가리키는 투과도가 높아 연료전지의 효율성을 떨어뜨리는 단점을 보여 왔다.

　이 교수팀은 연료전지용 막의 고분자 소재로 불소가 부분적으로 섞여있는 부분 불소계를 사용하고 양이온을 전달하는 통로와 막을 유지하는 메트릭스가 교차하는 고분자(공중합체)를 제조해 나노크기의 이온채널을 형성, 문제를 해결했다. 이어 열적·화학적 안정성을 유지하도록 가교계를 도입한 뒤 최종적으로 부분 불소계 방향족 가교 구조가 도입된 술폰기(-SO3H)를 함유한 폴리아릴렌에테르 공중합체 개발에 성공했다.

　이러한 방식으로 개발된 양이온 교환 막 소재는 전도도가 기존제품인 나피온 보다 높게 나타났으며 액체 연료전지에서 중요한 요구 성능인 연료투과도도 뛰어난 것으로 측정됐다. 외국산인 나피온은 50X50㎝당 35만∼40만원으로 고가인데 반해 연구팀이 개발한 고분자 막 소재는 5분의 1인 7만∼8만 원에 제조가 가능하다. 이 소재는 연료전지 막으로 이용하는 것은 물론 해수담수화용 역삼투 막, 바이오 연료전지의 분리 막 소재 등으로 응용할 수 있다. 연구팀 성과는 최근 고분자 분야에서 세계적 권위를 인정받고 있는 학술잡지인 고분자(Macromolecules)지에 발표됐다.

　이재석 교수는 “현재 다양한 분야에 적용하기 위해 기존 연료전지 등에 직접 적용했을 때의 성능을 측정 중에 있다”며 “특정 장치 막으로 사용할 때 요구되는 최적화 문제 등 몇 가지 남은 과제를 해결하면 산업적으로 큰 파급력을 미칠 것으로 전망하고 있다”고 말했다.

광주=김한식기자 hskim@etnews.co.kr