수소나 메탄올 등의 연소 에너지를 전기로 바꾸는 차세대 에너지원, ''연료전지(Fuel Cell)''의 성능 개선에 활용될 새로운 소재 개발이 잇따르고 있다.
교육과학기술부는 한국원자력연구원과 한국에너지기술연구원이 지난 2007년부터 ''방사선을 이용한 연료전지 소재 개발'' 과제 연구를 진행한 결과, 탄소막코팅 은(銀)나노 분말촉매제와 고분자 연료 전지막을 만드는 데 성공했다고 25일 밝혔다.
원자력연구원 이창규 박사 연구팀은 은 나노입자 표면에 탄소를 입혀 연료전지 전극과의 결합력을 높이는 동시에, 열처리 중 나노입자끼리 뭉치는 현상을 막았다.
현재 고체산화물 연료전지(SOFC)의 최대 난제는 800~1천℃에 이르는 동작 온도(작동에 필요한 온도 환경)를 낮추는 것이다.
그동안 은을활용한 저온 동작 연구가 이뤄져 왔으나, 은이 열처리 과정에서 나노 입자끼리 서로 응집하는 단점을 극복하지 못했다.
그러나 이 박사 연구팀은 탄소막 코팅 은 나노 촉매제를 사용한 SOFC가 650℃ 환경에서 최대 400㎽/㎠의 출력이 가능하다는 사실을 확인했다.
같은 연구원 신준화 박사와 에너지기술연구원 정두환 박사가 참여한 연구팀은 직접메탄올 연료전지(DMFC)용 ''방사선 조사(쪼임) 고분자연료 전지막''을 완성했다.
DMFC는 연료전지 가운데 수소 대신 메탄올을 연료로 사용하는 종류를 말한다.
DMFC에서는 메탄올의 농도를 높일수록 출력도 커지고 더 낮은 온도에서 사용할 수 있지만, 고농도 메탄올을 사용하면 전해질이 이를 흡수해 부풀어 오르면서 전지 효율이 오히려 떨어지는 문제가 있다.
연구팀은 전해질로 사용되는 고분자 필름에 방사선을 쪼여 염화비닐벤젠 고분자를 덧붙였고, 이 새로운 연료 전지막에 메탄올이 쉽게 침투하지 못한다는 사실을 입증했다.
이 연료 전지막으로 DMFC를 제작한 결과, 현재 연료 전지막으로 널리 사용되는 듀퐁(Dupont)사의 소재 ''나피온(Nafion)''에 비해 2배의 메탄올 농도에서도 정상 출력(120㎽/㎠)이 유지되는 것도 확인했다.