냉각장치 필요 없는 수소연료전지 시스템 개발 성공
트럭, 열차, 비행기 등 대형운송수단에도 적용 기대

수소연료전지는 수소와 공기 중 산소를 반응시켜 전기 에너지를 만들어 내는 장치이다. 매연 같은 공기 오염물질 대신 물만 배출하기 때문에 친환경 에너지원으로 주목받고 있다. 그렇지만 현재는 승용차용 에너지원 정도로만 활용되고 있다. 트럭, 지하철, 기차, 비행기, 선박 같은 대형 모빌리티에 적용하기 위해서는 에너지 저장 용량, 작동 환경을 비롯한 전반적인 성능 개선이 필요하다.

이런 상황에서 미국 로스알라모스 국립연구소 재료합성 및 통합디바이스 그룹, 한국과학기술연구원(KIST) 물질구조제어 연구센터 공동연구팀은 수소연료전지 성능을 획기적으로 향상시킬 수 있는 개선방안을 찾는 데 성공했다고 19일 밝혔다. 이번 연구 결과는 미국 화학회에서 발행하는 에너지 과학 분야 국제 학술지 ‘ACS 에너지 레터스’에 실렸다.

대형, 고성능 이동수단에 이용하기 위한 고분자 전해질 연료전지(PEMFC)가 나와 있지만 100도 이상 고온에서 작동하기 위해서는 별도의 냉각 시스템이 필요하다. 냉각장치 때문에 무게가 늘어나면서 전지 효율이 떨어진다는 단점이 있어 상용화 되지 못하고 있다.

연구팀은 이온 전도성이 있는 고분자인 ‘이오노머’의 미세 다공성 구조를 조절함으로써 별도의 냉각 시스템 없이 고온에서도 수소연료전지 성능을 높일 수 있는 기술을 개발했다. 연구팀에 따르면 이오노머의 물리적, 화학적 구조를 조절하면 200도 안팎의 고온에서도 수소연료전지의 성능을 유지할 수 있다.

연구를 이끈 이성수 KIST 박사는 “이번 연구는 수소연료전지 활용처를 승용차 같은 소형 이동 수단에서 트럭이나 선박, 비행기 같은 대형 운송수단까지 확대시켜 줄 것으로 기대한다”고 말했다.