안동대 이덕현 교수팀, 촉매 층 설계로 연료전지 성능 향상

[안동=뉴시스] 김진호 기자 = 안동대학교는 전기·신소재공학부 이덕현 교수팀이 양성자 교환 막 연료전지(PEMFCs) 성능을 효율적인 촉매 층(CLs) 설계를 통해 향상시켰다고 4일 밝혔다.

안동대에 따르면 연료전지 기술은 미래의 지속가능한 에너지 솔루션으로 큰 기대를 받고 있지만 고가 소재 사용으로 인한 한계가 있다.

연료전지 핵심 요소 중 하나인 촉매 층은 고가의 백금(Pt)과 나피온(Nafion)으로 구성돼 높은 비용을 동반한다.

이로 인해 최근에는 이들 소재 사용량을 줄이는 연구가 활발히 이뤄지고 있다.

그러나 이런 노력이 촉매 층 내에서 물질 전달 능력을 약화시키고, 결과적으로 연료전지 성능을 저하시키는 문제를 야기할 수 있다.

이번 연구에서는 연료전지 성능 향상을 위해 혁신적인 다층 촉매 층 설계를 제시했다.

이 새로운 설계는 비용 절감과 성능 향상을 동시에 달성하기 위해 다양한 층에서 Pt-C 촉매와 Nafion 이온머 사용량을 전략적으로 조절하는 방법을 활용한다.

연구 결과에 의하면 최적의 셀 성능을 달성하기 위해서는 막 층과 가까운 곳에서 이온머 사용량을 높이고, 기체 확산 층과 가까운 곳에서는 Pt-C 촉매 사용량을 증가시켜야 한다는 것을 확인했다.

층 간 Pt-C와 Nafion 사용량 차이가 지나치게 크면 Pt 촉매의 비균일한 표면으로 인해 연료전지의 성능이 저하될 수 있다는 것도 밝혀냈다.

연구팀은 이러한 결과를 바탕으로 다층 촉매 층 설계를 최적화함으로써 전기화학 표면적(ECSA)을 증가시키고, 최대 2배 이상 뛰어난 효율을 달성할 수 있다는 결과를 얻었다.

이번 연구 성과는 연료전지 효율을 극대화 하면서도 비용을 절감시키는 핵심적인 방법을 제시했다.

연구결과는 Journal of Power Sources지에 지난 8월 29일자로 게재됐다.

이번 연구는 안동대와 한국생산기술연구원 공동 연구로 수행됐다.

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