GIST 이재영 교수 연구팀, 한전 전력연구원과 공동 연구
흑연나노섬유 활용 수소연료전지 개선 성공
GIST 이재영 교수 연구팀, 한전 전력연구원과 공동 연구
광주과학기술원(GIST) 연구팀이 흑연 나노 섬유를 활용해 수소연료전지의 난제인 물 관리 개선에 성공했다.
GIST(총장 문승현)는 13일 지구·환경공학부 이재영 교수 연구팀이 한국전력공사 전력연구원과 공동 연구를 통해 수소연료전지 공기극의 물 관리 문제를 개선했다고 밝혔다.
수소연료전지는 애노드(anode)에서 수소산화반응이, 캐소드(cathode)에서 산소환원반응이 일어나는 친환경 고효율 발전 장치다. 연료로 주입되는 수소는 수소 이온과 전자로 분해된다. 분해된 전자는 외부 회로를 통해 전기를 생산하고 수소 이온은 수소이온교환막을 통해 상대극의 공기 속 산소와 반응한 뒤 물을 생산한다.
산소환원반응으로 생성된 물은 수소이온교환막에 적절히 포함되면 수소이온전도도를 향상시키지만, 과량이 되면 전극 내부에 물이 넘치게 되는 현상이 일어난다. 이는 연료의 물질 전달을 방해해 수소연료전지의 성능을 심각하게 저하하는 요인으로 작용한다.
연구팀은 전기방사법으로 탄소 나노 섬유를 합성한 뒤 2천500℃의 초고온에서 열처리해 탄소를 흑연화했다. 이어 흑연 나노 섬유를 백금·탄소 촉매와 혼합해 고분산 촉매 잉크를 제조했고 스프레이 법으로 전극을 구성했다. 흑연 나노 섬유가 도입된 수소연료전지 전극은 기존의 백금·탄소 전극만 사용한 것과 비교해 과량의 물을 자발적으로 배출하고 공기 속 산소 공급을 원활하게 했다.
이재영 교수는 “흑연 나노 섬유를 도입해 물 관리가 개선된 전극은 탄소 전극의 부식을 상대적으로 억제해 내구성 향상에도 뛰어난 효과를 보일 것으로 생각한다”며 “백금 귀금속 촉매의 내구성 확보가 가능하게 되면서 수소 전기차 제조의 경제성을 높이는데도 기여할 것으로 기대된다”고 말했다.
GIST 이재영 교수(교신저자)가 주도하고 정선기 박사과정생(1저자)이 수행한 이번 연구는 한전의 지원을 받았으며 에너지·연료 분야 국제학술지인 Journal of Power Sources 8월 4일 자 온라인판에 게재됐다.
/김경태 기자 kkt@namdonews.com