한국원자력연구원과 한국에너지기술연구원은 방사선 기술과 나노 기술을 이용한 협동 연구를 통해 연료전지의 성능을 획기적으로 끌어올릴 수 있는 나노분말 촉매제와 연료전지막 등을 개발했다고 25일 밝혔다.
‘탄소막이 코팅된 은 나노 분말 촉매제’는 고체산화물 연료전지(SOFC)의 저온동작이 가능케 하며 ‘방사선 조사 고분자 연료전지막’은 직접 메탄올 연료전지(DMFC)의 소형화를 이끌 것으로 전망된다.
이창규 한국원자력연구원 박사 팀은 송락현 한국에너지기술연구원 박사 팀과 공동으로 은 나노 입자 표면을 탄소로 코팅함으로써 SOFC의 핵심 부품인 공기극과 은 나노 입자의 결합력을 높이고 열처리 중에 은 나노 입자끼리 응집되지 않게 하는 데 성공했다. 그간 SOFC 개발의 최대 난제는 동작 온도를 600~650℃까지 낮추는 것으로, 연구 팀은 나노 분말 기술을 이용해 이를 해결했다. 실험 결과 탄소막이 코팅된 은 나노 분말 촉매제를 입힌 공기극을 사용한 SOFC는 650℃에서 최대 400㎽/㎠의 성능을 내는 것을 확인했다. 신준화 원자력연 박사 팀은 정두환 에너지기술연 박사 팀과 협동 연구로 방사선 접목 기술을 이용해서 DMFC를 소형화·경량화하고 추운 날씨에서도 사용 가능하게 하는 ‘방사선 조사 고분자 연료전지막’을 개발했다.
개발한 연료전지막으로 DMFC 스택을 제작한 결과, 가장 널리 사용되는 듀폰의 소재 나피온(Nafion)이 메탄올 농도 1몰에서만 정상 작동하는 반면, 방사선 조사 고분자 연료전지막은 5몰 이상의 높은 메탄올 농도에서도 나피온보다 배 이상의 출력(120㎽/㎠)을 유지하는 것으로 확인됐다.
◇고체산화물 연료전지(SOFC:Solid Oxide Fuel Cell)=수소를 포함하는 연료와 공기가 공기극과 고체 전해질, 연료극을 통과하면서 전기를 생산하는 전지다. 연료전지 가운데서도 효율이 월등히 높고 장시간 사용이 가능하다.
◇직접메탄올 연료전지(DMFC:Direct Methanol Fuel Cell)=메탄올이 연료극을 통과할 때 촉매와 반응해서 전기를 발생시키는 전지다. 노트북, 휴대폰 등 모바일 기기용 차세대 전원으로 꼽힌다. 리튬이온 전지나 리튬-고분자 전지와 달리 직접 충전은 불가능하지만, 메탄올만 공급하면 사용 시간을 획기적으로 늘릴 수 있을 것으로 기대된다.
정소영기자 syjung@etnews.co.kr
