▲ ▲SOFC 관련 양호한 분산 정도를 보이는 탄소 코팅한 은 나노 입자(左)와 DMFC 관련 방사선 조사 고분자 연료전지막.. ▲SOFC 관련 양호한 분산 정도를 보이는 탄소 코팅한 은 나노 입자(左)와 DMFC 관련 방사선 조사 고분자 연료전지막.

방사선 기술과 나노 기술 융합을 통해 연료전지 성능을 크게 높일 수 있는 핵심소재가 개발됐다.

한국원자력연구원(원장 정연호)과 한국에너지기술연구원(원장 황주호)이 나노기술과 방사선 기술을 이용한 연구를 통해 연료전지의 효율을 끌어올릴 수 있는 핵심소재 개발에 성공했다고 지난 25일 밝혔다.

연구팀이 거둔 성과는 고체산화물 연료전지(SOFC, Solid Oxide Fuel Cell)가 낮은 온도에서도 작동하게 하는 ‘탄소막이 코팅된 은 나노 분말 촉매제’와 직접 메탄올 연료전지(DMFC, Direct Methanol Fuel Cell) 크기를 줄인 ‘방사선 조사 고분자 연료전지막’이다.

양 기관은 2007년부터 수행한 ‘방사선을 이용한 연료전지 소재 개발과제’를 통해 이번 성과를 도출했다.

연료전지 중 한 종류인 SOFC는 수소를 포함하는 연료와 공기가 공기극과 고체전해질, 연료극을 통과하면서 전기를 생산하는데, 효율이 높고 장시간 사용할 수 있어 발전소 등을 대체할 대규모 전원으로 기대를 모으고 있다.

DMFC는 메탄올이 연료극을 통과할 때 촉매와 반응해 전기를 발생시키는 전지다. 노트북PC, 휴대폰 등 모바일 기기용 차세대 전원으로 꼽히지만 소형화가 관건이다.

두 종류 모두 시제품은 나왔지만 성능 문제로 본격적인 상용화는 이뤄지지 않고 있다.

SOFC는 이온 교환을 위해서는 800~1,000 ℃의 높은 온도가 필요해 배관 소재로 고온에서 잘 견디는 고가의 특수 합금을 사용해야하는 단점이 실용화의 걸림돌이 되고 있다

연구팀은 나노 분말 기술을 이용해 SOFC의 최대 난제인 저온 동작을 가능케 하는 ‘탄소막이 코팅된 은나노 분말 촉매제’를 개발했다.

연구팀은 은 나노 입자 표면을 탄소로 코팅함으로써 공기극과 은 나노 입자의 결합력을 높이고 열처리 중에 은 나노 입자끼리 응집되지 않도록 하는데 성공했다.

이번 성공으로 SOFC는 650℃에서 최대 400㎽/㎠ 성능을 냄으로써 상용화 가능성을 높였다. 연구팀은 DMFC를 소형화·경량화하고 추운 날씨에서도 사용할수 있는 ‘방사선 조사 고분자 연료전지막’을 개발했다.

현재 가장 널리 사용되고 있는 듀퐁(Dupont)의 나피온(Nafion)이 메탄올 농도 1몰에서만 정상 작동하는 반면, 이번에 개발된 연료전지막은 5몰이상의 높은 메탄올 농도에서도 나피온보다 2배 이상의 출력(120 ㎽/㎠)을 유지하는 것으로 확인됐다.

이창규 연구원은 “이번 성과가 연료전지 기술 완성을 앞당기는데 기여할 것”이라며 “후속 연구를 통해 낮은 동작 온도를 유지하는 가운데 SOFC의 출력을 500 ㎽/㎠까지 높이는 것이 목표”라고 밝혔다.