KIST, '수소전기차 핵심소재' 고성능 新 고분자막 개발
기존 전해질막보다 성능 44%향상

KIST 연구진이 고온에서도 용해되지 않는 전해질막을 개발했다. 사진은 160 ℃에서 85 중량 % 인산 용액에 가열된 고분자막이다. 맨오른쪽이 이번 개발된 고분자막으로 용해되지 않았다.<사진=KIST 제공>
KIST 연구진이 고온에서도 용해되지 않는 전해질막을 개발했다. 사진은 160 ℃에서 85 중량 % 인산 용액에 가열된 고분자막이다. 맨오른쪽이 이번 개발된 고분자막으로 용해되지 않았다.<사진=KIST 제공>
고온에서도 녹지 않는 전해질막이 개발됐다. 연료전지의 국산화를 앞당길 수 있을 것으로 기대된다.

KIST(한국과학기술연구원·원장 이병권)는 헨켄스마이어 디억 수소·연료전지연구단 박사팀이 '고온형 고분자 전해질 연료전지'의 핵심소재인 전해질막 성능을 크게 높였다고 24일 밝혔다.

연료전지는 100℃ 이하의 온도에서 작동되는 저온형과 160~180℃의 온도에서 작동되는 고온형으로 나뉜다. 고온형 연료전지는 작동 시 발생되는 열을 그냥 버리지 않고 메탄올과 같은 연료를 수소로 변환시키는 공정에 사용해 수소를 생산하고, 이 수소를 다시 연료전지 에너지원으로 재사용할 수 있다. 

가격이 저렴하면서도 운반, 보관, 취급이 쉬운 메탄올은 수소변환 시 이산화탄소를 배출하지 않는다. 이러한 메탄올 개질기와 결합된 고온 연료전지는 발전기에 사용하면 기존의 디젤 발전기보다 이산화탄소 발생을 65%가량 줄일 수 있는 큰 장점이 있다.

하지만 보통 고온형 연료전지에 사용되는 폴리벤즈이미다졸계 전해막질은 연료전지가 작동되는 고온에서 인산에 용해되는 심각한 문제가 있었다.

연구를 주도한 디억 박사.
연구를 주도한 디억 박사.
연구진은 문제개선을 위해 폴리벤즈이미다졸에 설폰산기(황산 분자에서 하이드록시기가 떨어져 나간 구조의 원자단)를 부착시켜 열을 가했다. 그 결과 고온에서 부서지지 않는 단단한 고분자막을 만드는데 성공했다.

연구진에 따르면 개발한 분리막은 160˚C의 인산에서도 용해되지 않았다. 기존의 다른 분리막보다 44% 더 높은 전도성과 전력밀도도 보였다. 시간에 따른 전압감소도 63% 더 낮아 우수한 내구성을 보여줬다.

디억 박사는 "고온용 고분자 전해질막은 수소전기차용 연료전지의 핵심소재이나 기술적인 장벽이 높아 현재는 소수의 국가에서만 생산 가능한 실정"이라며 "이번 연구결과를 통해 전해질막의 국산화에 크게 기여할 수 있을 것"이라고 말했다.

연구성과는 Journal of Membrane Science 최신호에 게재됐다.

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