▲ 건국대 융합신소재공학과 김화중 교수(왼쪽)와 고영돈 연구가. (제공: 건국대학교) ⓒ천지일보(뉴스천지)

[천지일보=김빛이나 기자] 건국대학교 연구팀이 친환경 수소 연료 전지의 ‘물 관리’ 문제를 획기적으로 해결할 물질을 개발했다고 23일 밝혔다.

건국대에 따르면, 김화중 융합신소재공학과 교수(교신저자)와 고영돈(주저자, 석사 2학기) 연구팀은 수소 연료 전지 분야에서 사용되는 ‘이중 촉매 층’과 ‘막전극접학체(Membrane Electrode Assembly)’를 개발했다.

수소 연료전지는 부산물로 물만 생성되는 에너지 전환 효율이 매우 높은 친환경 에너지원으로 알려졌다. 하지만 수소 연료의 가습과 음극에서 생성되는 물이 넘치는 등 문제점도 있어 효율적인 물 관리가 필수적이었다.

건국대 연구팀은 이러한 ‘물 관리’ 문제를 해결하기 위해 산소 환원 반응을 위한 Pt/C 촉매(신촉매와 백금 촉매)를 개발했다. 또 내부가 텅 빈 친수성의 지르코니아 산화물 구형의 나노입자에 백금 나노 입자를 담지한 ‘Pt-HZrO2’로 구성된 ‘이중 촉매 층’도 개발했다.

전해질 막으로 구성된 ‘막전극 접합체’도 제작해 무가습 작동 수소연료 전지에 적용했다.

연구팀이 개발한 이중 촉매 층은 나피온 전해질 막을 통해 넘어오는 수소와 산소를 이용해 물을 자체적으로 생성한다. 또한 음극에서 생성되는 물을 흡착·저장함으로써 물이 넘치는 문제를 방지한다.

또한 전해질 막에 물을 자체적으로 공급해 무(無)가습하에서 전기를 발생시킨다.

이러한 신개념 이중 촉매는 스위스 로잔 연방공대(EPFL)의 신재생 에너지 연구소의 ‘Züttel’ 교수와 양희나 박사팀의 분석 지원을 받아 진행됐으며 현재 특허 출원 중에 있다.

김 교수는 “이번 연구는 물 관리에 있어 새로운 물질과 전략적 개념을 도입한 우수한 연구 결과로 평가받았다”며 “향후 수소 연료전지 장치의 간소화 및 단가 절감 등 범용화에 획기적인 기여를 할 것으로 기대된다”고 말했다.

한편 한국연구재단의 지원으로 진행한 이번 연구는 전기 화학 분야의 최고 학술지인 ‘저널 오브 파워소스(Journal of Power Sources, IF 6.395)’ 11월 호에 게재됐다.

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