국내 연구진이 메탄올 연료전지의 핵심부품을 개발해 전지의 성능을 크게 향상시켰다. 간단한 공정으로 전력밀도를 크게 높임으로써 휴대용‧이동형 동력원으로 메탄올 연료전지의 활용이 크게 넓어질 전망이다.

강원대 조용훈 교수가 성영은·최만수 교수(서울대)와 공동연구를 통해 고성능 직접메탄올 연료전지용 막-전극 접합체를 개발했다고 한국연구재단이 6일 밝혔다.

직접메탄올 연료전지는 액체 메탄올의 전기화학 반응으로 전기를 생산한다. 기존 수소 연료전지에 비해 연료의 저장‧취급이 손쉬운 데다 에너지 밀도가 높아 휴대용 동력원으로 알맞다. 그러나 메탄올의 산화반응이 매우 느리고, 산화전극으로 공급된 메탄올이 환원전극으로 투과되면서 전기에너지 생산을 막는다는 게 문제점이다.

연구팀은 간단한 공정을 통해 메탄올의 산화반응이 발생하는 막-전극 접합체에 마이크로‧나노 규모의 구조를 도입해 느린 반응속도와 메탄올 투과문제를 한꺼번에 해결했다.

먼저 전해질 막 표면을 나노구조 계층으로 패턴화해 산화전극 특성을 향상시키고 반응속도도 높였다. 또 나노-균일(crack)을 갖는 금 층을 표면에 도입해 메탄올이 투과되지 않도록 했다.

제작된 막-전극 접합체를 메탄올 연료전지에 적용한 결과 전력 밀도가 최대 42.3% 향상됐다. 또 제작된 막-전극접합체의 백금 촉매 사용량 대비 전력 밀도(85mW/mgPt)가 상용 막-전극 접합체에 비해 2배 이상 향상된 것으로 조사됐다.

조 교수는 "촉매‧전해질 등 물질을 변화시키지 않고 막-전극 접합체의 구조를 변형해 메탄올 연료전지의 낮은 성능을 극복해냈다"며 "이런 고에너지밀도의 연료전지를 드론의 전력원으로 사용하면 비행시간을 획기적으로 늘릴 수 있을 것"이라고 했다.

이번 연구는 한국연구재단 이공학 개인기초연구지원사업의 지원으로 수행됐으며, 연구 성과는 나노기술분야 국제학술지 '나노 에너지(Nano Energy)' 1월호에 실렸다.

송강섭 기자 successnews@successnews.co.kr

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