텅스텐 코팅으로 수소차 수명을 늘린다

POSTECH, 수소 연료전지 코팅법 개발
현재 MEA 양산 공정에 바로 적용 가능

수소차. 게티이미지 제공

[파이낸셜뉴스] 포항공과대학교(POSTECH) 신소재공학과·친환경소재대학원 김용태 교수와 유상훈 박사과정생 연구팀이 수소 연로전지의 부식을 방지하고 성능과 효율을 높이는 텅스텐 코팅법을 개발했다. 이 기술은 휴대폰 케이스와 필름처럼 친환경 수소 연료전지 전극을 보호한다.

김용태 교수는 "상용 수소연료전지 자동차 내구성을 높이는 데 직접적이면서도 효과적으로 기여할 수 있을 것"이라며, "무엇보다 막·전극 접합체(MEA) 양산 공정에 즉시 적용할 수 있어 실용화가 수월할 것"이라고 8일 말했다.

연구진은 수소 연료전지 핵심 부품인 막·전극 접합체(MEA)를 텅스텐 산화물로 코팅해 전극의 성능과 효율을 높였다.

텅스텐 산화물이 코팅된 MEA를 실제 셀에 적용한 결과, 시동과 급정지 조건에서 촉매가 부식되지 않았고, 94%의 높은 성능 유지율을 보였다. 텅스텐 산화물을 MEA에 코팅하는 기술은 전지의 내구성 향상에 아주 효과적이면서 동시에 이미 어느 정도 양산화 조건이 잡혀있는 MEA 공정에 바로 적용할 수 있다는 효용성까지 갖추고 있다.

수소차의 시동을 걸거나 차가 갑자기 정지하는 경우 차 내부로 외부 공기가 유입된다. 이 공기에 포함된 산소로 인해 전지 내부에 전기화학 반응이 일어나 촉매의 부식이 촉진된다. 도로 위를 달리고 멈추는 자동차의 특성상 시동과 정지 상황은 빈번하게 발생할 수밖에 없으며, 이로 인한 촉매의 성능 열화 역시 심각한 수준이다.

연구진은 이를 해결하기 위해 금속-절연체 전이(MIT)를 이용했다. MIT는 주변 기체의 농도나 온도 등 외부 자극으로 전기가 흐르지 않던 절연체에 전류가 흐를 수 있게 되는 현상이다.

텅스텐 산화물은 양성자의 삽입과 분리에 따라 MIT 현상을 구현하여 선택적으로 전도도를 가지는 특성이 있다. 연구진은 텅스텐 산화물을 MEA의 양극에 있는 촉매 층 위에 코팅해 일반적인 작동 조건에서는 전기 전도성을 가지다가 시동과 급정지 조건에서만 선택적으로 전류의 흐름을 차단해 촉매의 부식을 유발하는 전기화학적 반응을 억제했다.

한편, 연구진은 이번에 개발한 텅스텐 코팅법이 그 우수성을 인정받아 국제 학술지인 '사이언스 어드밴시스(Science Advances)'의 표지 논문에 선정됐다.

[e-mail] 김만기 기자