선박에서 수소 연료전지 사용 가능성 열었다

KIST 물질구조제어연구센터 연구진

서울시 상암 마포구 수소차 충전소(상암수소스테이션)의 수소 연료 주입기. 연합뉴스

수소차에 사용되는 수소 연료전지 중 이온교환이 가능한 고분자막을 전해질로 사용하는 고분자전해질 연료전지는 무게가 가볍고 작동하는 데 걸리는 시간이 짧은 게 장점이다. 또 작동 온도가 높을수록 전기화학 반응 속도가 빨라져 소형 자동차가 아닌 트럭이나 기차, 선박에도 활용될 것으로 기대되고 있다. 

문제는 고분자가 100도 이상 고온 환경에서 수분 증발로 이온전도도가 감소한다는 점이다. 고성능을 지속적으로 내기 위해선 별도 냉각 시스템과 별도로 수분을 가해주는 장치가 필요하다.그 결과로 무게가 늘어나며 효율성이 떨어져 트럭이나 지하철, 선박 등에 적용하기 어려웠다.

한국과학기술연구원(KIST)은 이성수 물질구조제어연구센터 선임연구원 연구팀이 김유승 미국 로스알라모스연구소(LANL) 연구원팀과 고분자전해질 연료전지가 별도 냉각시스템이나 가습 장치 없이 고온·무가습 환경에서 제성능을 낼 수 있도록 하는 기술을 개발했다고 19일 밝혔다. 

연구진이 개발한 기술은 현재 고분자전해질 연료전지 전해질로 활용되고 있는 ‘이온 전도성이 있는 복합 고분자(복합 이오노머)’가 미세다공성 구조를 가지도록 하는 기술이다. 복합 이오노머를 전해질로 사용하면 물이 없어도 이온전도가 가능해 고온·무가습 조건에서도 전기화학 반응 속도가 빨라 제 성능을 낸다. 여기에 반응기체인 수소와 산소의 접근성을 높이면 연료전지의 성능이 더욱 향상될 수 있다. 연구진은 복합 이오노머가 미세다공성 구조를 가지도록 해 수소와 산소의 접근성을 높이고 결국 연료전지의 성능을 끌어올리는 데 성공했다. 

이성수 선임연구원은 “이번 연구는 소형 자동차뿐만 아니랄 트럭이나 선박 등 대형 모빌리티 분야에 수소 연료전지 활용 가능성을 높였다는 의미가 있다”고 밝혔다. 
 

[김민수 기자 reborn@donga.com]