김형준 KIST 박사팀, 無가습 이중교환막연료전지 고안
향후 무인항공기·수소전기차 활용 기대

김형준 KIST 수소·연료전지연구단 박사팀이 개발한 신개념 연료전지인 이중교환막 연료전지의 모습. <사진=KIST 제공>
김형준 KIST 수소·연료전지연구단 박사팀이 개발한 신개념 연료전지인 이중교환막 연료전지의 모습. <사진=KIST 제공>
국내 연구진이 가습 없이 높은 효율의 전기 에너지를 공급할 수 있는 연료전지를 개발했다. 가습장치를 제거함으로써 전지 경량이 소형화돼 앞으로 드론, 무인항공기, 수소전기차 등에 적용될 수 있다. 

KIST(한국과학기술연구원·원장 이병권)는 김형준 수소·연료전지연구단 박사팀이 가습장치가 필요 없는 신개념 연료전지인 이중교환막연료전지 개발에 성공했다고 19일 밝혔다. 

기존 양이온 교환막 전지인 고분자전해질연료전지와 음이온 교환막 전지인 고체알칼리막연료전지는 에너지 공급이 한정적인 1·2차 전지와는 달리 수소와 산소만으로 고효율 전기 에너지를 공급한다.

하지만 안정적인 전기 발생을 위해선 80℃ 이하에서 가습된 수소와 산소를 공급해야하기 때문에 별도의 가습 기능이 필요했다.  

이에 KIST는 고체알칼리막연료전지의 수소가 공급되는 전극과 고분자전해질연료전지의 산소가 공급되는 전극에서 물이 생성되는 원리에 주목했다. 연구진은 이 원리를 이용해 두 전지를 나란히 배열시켰고 그 결과 배열된 전지 모두에서 물이 발생하는 새로운 구조의 이중교환막연료전지를 고안했다.

연구진이 개발한 이중교환막연료전지는 가습 없이 수소와 산소만으로 최고 850mW/㎠의 출력과 700시간 이상 지속되는 안정성을 나타냈다. 세계 최고 수준이다. 약 50회 이상의 on·off 연속 작동에 있어서도 높은 성능을 보였다.

김형준 KIST 박사는 "현재 수소전기차에 주로 사용되는 연료전지 시스템을 더욱 가볍고 단순하게 만들면 장기체공이 필요한 드론과 무인 항공기 등의 주전원으로도 활용할 수 있다"고 말했다. 

이번 연구는 과학기술정보통신부(장관 최기영) 지원으로 KIST 주요사업과 한국연구재단 기후변화대응기술개발사업으로 수행됐다. 연구결과는 연료전지 분야 국제 저널인 'Journal of Membrane Science' 최신호에 게재됐다.

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