전해질막 합성 및 제조과정 [KIST 제공. 재판매 및 DB 금지]

(서울=연합뉴스) 조승한 기자 = 낮은 온도에서만 작동하는 기존 수소연료전지의 한계를 넘어 고온에서도 구동하는 연료전지 핵심 소재가 개발됐다.

한국과학기술연구원(KIST)은 이소영 수소·연료전지연구단 책임연구원과 남석우 청정수소융합연구소장 연구팀이 김형준 한국에너지공대 교수 연구팀과 공동으로 250도 이상 고온에서 구동할 수 있는 연료전지 막전극접합체(MEA)를 개발했다고 30일 밝혔다.

MEA는 전해질막과 전극이 결합한 구조로 연료전지에서 전기를 만드는 역할을 한다.

현재 자동차 등에 활용되는 상용 수소연료전지는 80도 정도 저온에서 작동하는 게 한계점으로 꼽힌다. 고온에서 구동할수록 시스템의 크기를 줄이고 에너지 밀도를 높일 수 있어서다.

연구팀은 스스로 고분자 구조를 만드는 자가조립 특성을 가진 세륨포스페이트 파라-폴리벤지이미다졸(p-PBI) 고분자 전해질막을 설계했다.

이 전해질막은 250도 이상 온도에서도 연료전지 에너지 밀도에 영향을 주는 수소이온 전도성을 안정적으로 유지했다.

연구팀에 따르면 이를 적용한 연료전지는 250도에서 최대 출력 밀도가 제곱센티미터당 2.35와트(W)로 세계 최고 수준을 달성했다.

또 80~160도 열 성능 테스트에서 기존 PBI 기반 연료전지 대비 10배 이상인 5천 시간 장시간 운전이 가능한 것을 확인했으며, 160~240도 중고온 테스트에서도 500시간 이상 성능 저하 없이 운전할 수 있었다.

이 책임연구원은 "중대형 운송수단에 탑재할 수 있는 것으로 예상하며, 지속적인 연구개발을 통해 작동온도를 더 향상할 계획"이라고 말했다.

이번 연구 결과는 지난 7월 국제학술지 '네이처 에너지'에 실렸다.

shjo@yna.co.kr

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