전기차·드론에 사용할 작고 가벼운 연료전지 개발

한국과학기술연구원 수소·연료전지연구단 김형준 박사팀에서 개발한 신개념 연료전지인 이중교환막 연료전지. 더 많은 전기를 발생시키기 위해 이중교환막 접합체를 차례로 적층한 연료전지 스택(왼쪽)과 박사팀이 고안한 연료전지용 이중교환막. 한국과학기술연구원 제공

[파이낸셜뉴스] 한국과학기술연구원(KIST)은 수소·연료전지연구단 김형준 박사팀이 가습장치가 필요 없는 신개념 연료전지인 이중교환막연료전지 개발에 성공했다고 19일 밝혔다.

연구진이 개발한 이중교환막연료전지는 가습 없이 수소나 산소가 공급돼도 최고 850mW/㎠의 출력과 700시간 이상 지속되는 안정성을 보여 세계 최고 수준의 성능을 발휘하는 것으로 나타났다. 또한 연구진은 이중교환막 연료전지 층층이 쌓아 제조, 약 50회 이상의 on/off 반복 운전 실험을 진행한 후에도 성능 저하가 나타나지 않았다고 밝혔다.

KIST 김형준 박사는 "현재 수소전기차에 주로 사용되는 연료전지 시스템을 더욱 가볍고 단순하게 만들면 장기체공이 필요한 드론과 무인 항공기 등의 주전원으로도 활용할 수 있다."라고 밝혔다.

기존 연료전지인 고분자전해질연료전지(PEMFC)와 고체알칼리막연료전지(AEMFC)는 80℃ 이하의 온도에서 가습된 수소와 산소를 공급하기 위해 별도의 가습기 장착이 필요하다.

반면 KIST 연구진이 개발한 이중교환막연료전지(DEMFC)는 전극에서 발생하는 수분이 외부로 배출되지 않고 다시 흡수되는 자가 가습 특성이 있다.

한국과학기술연구원 채지언(왼쪽) 연구원과 이소영 선임연구원이 연구팀에서 개발한 이중교환막 연료전지를 사용해 성능을 측정하고 있다. 한국과학기술연구원 제공

KIST 연구진은 고체알칼리막연료전지의 경우 수소가 공급되는 전극(애노드), 고분자전해질연료전지는 산소가 공급되는 전극(캐소드)에서 물이 생성되는 원리에 주목했다. 이를 응용해 두 연료전지를 결합한 형태인 수소이온(H+) 전달막과 수산화이온(OH-) 전달막을 순차적으로 나란히 배열하는 이중교환막연료전지를 고안했다.

연구진이 투명 셀을 이용해 실험 결과 이 새로운 구조의 이중교환막연료전지는 애노드와 캐소드 모두에서 물이 생성되는 것이 확인됐다.

이번 연구는 과학기술정보통신부 지원으로 KIST 주요사업과 한국연구재단 기후변화대응기술개발사업으로 수행됐다.

연구결과는 연료전지 분야의 국제 저널인 '멤브레인 사이언스'지 최신호에 게재됐다.

[e-mail] 김만기 기자