KIST(한국과학기술연구원·원장 이병권)는 김진영 연료전지연구센터 박사팀이 홍합에 존재하는 표면 접착 특성을 활용해 향상된 수소연료전지를 구현했다고 27일 밝혔다.

연구팀은 홍합의 접착 원리에서 연료전지용 고분자 전해질막의 내구성을 개선할 아이디어를 찾았다. 이어 폴리도파민 중합반응을 통해 다공성 폴리테트라플루오로에틸렌(PTFE) 지지체에 코팅을 하고, 그 위에 수소이온 전도성을 갖는 과불소계술폰산(PFSA) 고분자가 스며든 형태의 '강화복합 고분자 전해질막'을 개발했다.

강화복합 전해질막은 얇은 막으로 인해 수소이온 전도도와 기계적 내구성이 향상된 형태의 전해질막이다. 하지만 극소수성을 갖는 PTFE에 PFSA 중합체를 조밀하게 스며들도록 하는 것이 어렵고, 막의 두께가 얇아 전해질 고분자가 분해돼 기체가 막을 투과하는 현상이 쉽게 나타나는 문제가 있었다.

연구팀은 강화복합 고분자 전해질막에 표면 처리한 폴리도파민에 극소수성의 PTFE 표면을 친수성을 개질시켜 친수성 중합체를 쉽게 스며들게 하고, 고분자의 경계면에서 발생하던 균열을 줄였다. 또 전해질 막의 화학적 열화를 막아주는 산화방지제인 세륨 성분이 지지체 표면에 결착돼 연료전지의 내구성을 높이고, 안정성을 높였다.

김진영 박사는 "연구 결과는 자연계 물질에서 아이디어를 얻어 그 현상을 모사한 기술로 기존 산업기술의 문제점을 극복했다"며 "향후 수소연료전지의 성능 향상을 이끌고 강화복합 고분자 형태의 전해질막을 활용하는 다양한 응용 분야 발전에 적용되길 바란다"고 전했다.