국내 연구진이 고온(120℃), 저가습(35%) 조건에서도 장기간 연료전지 작동이 가능한 저가의 탄화수소계 고분자전해질 분리막을 세계 최초 개발에 성공했다. 이번 개발로 분리막 가격을 1/10수준으로 절감은 물론, 수소연료전지 상용화에 걸림돌도 해소될 전망이다.

한양대학교 공과대학 에너지공학과 이영무 교수(사진) 연구팀은 고온, 저가습 조건에서도 작동이 가능한 연료전지분리막을 개발했다고 29일 밝혔다.

그간 수소연료전지용 분리막은 가격이 높고 낮은 열적 안정성으로 인해 사용온도가 80~90℃ 정도인 불소계 분리막을 사용했다. 이에 수소연료전지 구동 시 차량이나 가정용 연료전지 설치공간에 별도의 냉각장치가 필요했고, 가습을 위해 전극부에 가습장치를 부가적으로 설치해야 하는 단점이 존재했다.

연구진에 따르면 새롭게 개발한 고분자전해질 연료전지분리막은 저가의 비불소계 고분자 분리막에 10~100나노미터의 얇은 플라즈마 막을 씌운 후, 막에 물이 들어가면 나노크랙이 만들어져 마치 선인장 표면의 숨구멍 같은 나노밸브를 만들게 설계했다고 한다.

또한 기존 불소계 고분자전해질막은 120℃ 고온에서는 분해돼 작동 하지 못하는 반면, 이번 플라즈마로 코팅된 비불소계 탄화수소 분리막은 고온에서도 성능 감소 없이 장시간 안정성을 확보했다고 한다. 이를 통해 100℃ 이하에서는 성능이 같고, 가격은 10배가량 저렴하다고 설명했다.

연구를 주도한 한양대 이영무 교수는 “지금까지 개발된 불소계소재의 가격 및 성능 한계를 획기적으로 뛰어넘어 저가이며 보급형인 소형 자동차나 가정용 연료전지를 만들 수 있는 돌파구를 마련했다”며 “이번에 개발한 나노크랙을 이용해 만든 자가가습 분리막을 활용해 청정 수소에너지를 이용한 보급형 연료전지 차량과 가정용 연료전지 시스템을 만들면 차세대 원천기술로서 획기적 전기가 마련될 것”이라고 말했다.

한편 이번 연구는 한양대 생명과학과 김태욱 교수, 기계공학과 김덕수 교수와 연구원들이 참여해 융합연구로 진행했다. 또 결과는 세계 최고의 학술지인 네이처(Nature) 지난 28일자 온리인 판에 게재됐다.