백금 필요 없는 차세대 연료전지 국내서 개발

 KIST- 한양대 공동연구진 

 귀금속 사용하지 않아 저렴 

 프로톤세라믹 소재 中 가장 커 

한국과학기술원(KIST) 지호일(왼쪽부터) 선임연구원과 이종호 책임연구원, 안혁순 학생연구원이 서울 성북구 KIST 고온에너지재료연구센터에서 개발한 차세대 연료전지를 선보이고 있다. KIST 제공

국내 연구진이 고가인 백금 촉매를 쓰지 않아도 되는 차세대 연료전지를 개발했다.

한국과학기술연구원(KIST) 고온에너지재료연구센터 이종호 책임연구원과 지호일 선임연구원, 신동욱 한양대 교수가 참여한 공동 연구진은 “기존 고온ㆍ저온형 연료전지의 단점을 해소한 중저온 연료전지를 개발했다”고 27일 밝혔다.

연료전지는 화학에너지를 전기에너지로 바꿔주는 장치다. 오염물질 배출 없이 높은 발전효율성을 갖춰 미래 에너지 장치로 기대를 모으는 연료전지는 작동 온도에 따라 저온형(200도 이하)과 고온형(800도 이상)으로 나뉜다. 이중 수소차에 쓰이는 저온형 연료전지는 분자화합물을 활용하는 데 귀금속인 백금을 촉매로 써 가격이 비싸다는 게 단점이다. 반면 금속산화물인 세라믹을 기반으로 만든 고온형 연료전지는 높은 구동 온도로 설치비용이 많이 들고, 수명이 짧다는 게 한계로 지적된다.

이번에 개발한 중저온형 연료전지는 수소이온(프로톤)을 전달하는 세라믹 전해질(전류를 흐르게 하는 물질)로 이뤄진 프로톤 세라믹 연료전지다. 기존 세라믹 연료전지보다 100배 이상 전기전도도가 높은 데다, 백금 등 귀금속을 쓸 필요도 없다. 이 책임연구원은 “중저온형 연료전지의 구동 온도는 400~600도”라며 “저온ㆍ고온형 연료전지의 단점을 모두 보완했다”고 설명했다.

프로톤 세라믹 연료전지에서 전기를 생산하는 재료(한쪽은 공기ㆍ다른 쪽은 수소나 액화천연가스)가 섞이지 않고, 물질 간 이온 이동이 잘 이뤄지려면 얇고 조밀한 전해질 박막을 만드는 게 핵심이다. 그러나 전해질 박막 제조를 위한 열처리 과정에서 연료전지의 다른 부분이 고온을 견디지 못해 프로톤 세라믹 연료전지를 크게 만드는 데 한계가 있었다.

연구진은 공정온도를 획기적으로 낮추는 기술 개발을 통해 프로톤 세라믹 연료전지를 가로ㆍ세로 5㎝ 크기로 만드는 데 성공했다. 이는 지금까지 보고된 것 중 최대 크기다. 600도에서 출력 시험을 해본 결과, 출력 역시 기존보다 10배 높았다. 휴대용 선풍기 등 작은 전자제품을 돌릴 수 있는 규모다.

이 책임연구원은 “현재 가장 널리 쓰이는 크기가 가로ㆍ세로 각 10㎝인 만큼 앞으로 연료전지를 더 크게 만드는 데 집중할 계획”이라고 말했다. 이번 연구결과는 이날 국제학술지 ‘네이처 에너지’에 소개됐다.

변태섭기자 libertas@hankookilbo.com