한국공학대 박지은 교수팀, 재생연료전지 효율 세계 최고 수준 끌어올려

기존 장치 귀금속 촉매 효율성 낮아
산소전극 두 개 층으로 설계해 해결

박지은 한국공학대 교수팀이 설계한 AEM-URFC 더블 레이어 산소전극 모식도(왼쪽)와 에너지 효율 비교표. 한국공학대 제공

한국공학대 연구진이 수소에너지를 보다 효율적으로 이용할 수 있는 기술을 개발했다.

17일 한국공학대에 따르면 이 대학 융합기술에너지대학원 박지은 교수 연구팀은 차세대 친환경 에너지 장치인 '음이온 교환막 일체형 재생연료전지(AEM-URFC)'의 효율을 세계 최고 수준으로 끌어올린 새로운 전극 구조를 개발했다.

재생연료전지는 하나의 장치에서 물을 수소로(수전해), 수소를 전기로(연료전지) 변환한다. 재생에너지로 만든 전기를 남는 시간에 수소로 저장해 두었다가 필요할 때 다시 전기로 사용할 수 있어 전력 활용과 친환경 수소 생산에 적합하다. 다만 값비싼 귀금속 촉매를 사용하는 기존 장치는 효율이 낮아 상용화에 한계가 있었다.

박 교수팀은 귀금속 대신 산소전극을 두 개의 층(더블 레이어)으로 설계해 이 같은 문제를 개선했다. 안쪽은 연료전지 작동 시 성능을 높이는 촉매층으로, 나노촉매와 이오노머(고분자 사슬에 이온기를 포함하는 특수한 종류의 고분자)를 혼합했다. 바깥쪽은 수전해 작동 시 전기 흐름을 원활히 하는 탄소나노튜브 구조로 만들었다.

박지은(왼쪽부터) 한국공학대 융합기술에너지대학원 교수, 서울대 나금비 박사과정과 이경아 박사, 한국공학대 융합기술에너지대학원 기민석 석사과정과 생명화학공학과 이대현 학사과정. 한국공학대 제공

실험 결과 전기를 만드는 과정과 수소를 만드는 과정 모두에서 효율이 높아졌다. 에너지 전환 효율이 59.2%로 세계 최고 수준을 기록했다는 게 연구팀 설명이다. 박 교수는 "친환경 수소에너지를 보다 효율적이고 경제적으로 사용할 수 있는 길이 열렸다"며 "향후 수소차, 재생에너지 발전소, 분산형 전력망 등 다양한 분야에 적용될 수 있을 것"이라고 말했다.

이번 연구는 서울대 이경아 박사(제1 저자)와 나금비 박사과정(제1 저자), 한국공학대 기민석 석사과정(공저자), 이대현 학사과정(공저자)이 공동으로 수행했다. 연구 결과는 화학공학 분야 국제학술지 'ACS Catalysis' 8월호에 게재됐다.

임명수 기자 sol@hankookilbo.com