[에너지단열경제]안조영 기자

이종교환막연료전지 작동원리. /사진=KIST

국내 연구진이 수소전기차의 동력원으로 쓰이는 연료전지 시스템에서 가습장치를 없앨 수 있는 기술을 개발, 연료전지의 소형화·경량화 가능성을 높였다.
이에 따라 연료전지의 무게를 줄일 수 있어 드론이나 무인비행체의 전원장치로 활용하는 데도 큰 도움이 될 것으로 보인다.
한국과학기술연구원(KIST) 김형준 수소·연료전지연구단 책임연구원팀은 가습장치가 필요 없는 신개념 연료전지 시스템을 개발하고 연구결과를 지난 15일 국제학술지 ‘저널 오브 멤브레인 사이언스’에 실었다.
김 연구원팀은 내부에서 발생한 물을 순환시켜 가습 필요성을 없앤 연료전지를 개발한 것이다.
연료전지는 연료인 수소와 이에 반응할 산소만 공급하면 전기 에너지를 계속 쓸 수 있다.
즉, 고분자전해질연료전지(PEMFC)와 고체알칼리막연료전지(AEMFC) 등으로 전기를 생산하려면 80도 이하에서 수분이 포함된 산소나 수소를 공급해야 한다.
이런 연료전지 시스템에는 가습장치가 필수적이다.
가습장치는 부피와 무게가 커 연료전지를 경량화하는 데는 우선적으로 해결해야 할 과제였다.
연구진은 전지 시스템의 소형화·경량화를 위해 이 가습장치를 떼고도 수분을 자체적으로 공급할 수 있는 전지를 고안했다.
연료전지에서 수소와 산소가 반응하며 전기가 만들어질 때 생성되는 물을 시스템 내에서 재활용하는 방법을 찾은 것이다.
기존 연료전지에선 수소가 공급되는 전극 혹은 산소가 공급되는 전극 둘 중 하나에서 물이 생성된다.
연구팀은 이를 응용해 수소이온 전달막과 수산화이온 전달막을 가운데 세워 양 전극에 이온을 전달하는 이중교환막연료전지를 고안했다.

연구에 참여한 채지언 KIST 박사과정생과 이소영 KIST 선임연구원이 연구팀에서 개발한 이중교환막 연료전지 성능을 측정하고 있다. KIST 제공

연구팀은 ‘자가가습’ 특성이 있는 이중교환막연료전지(DEMFC)를 만들어 전극에서 발생하는 수분이 외부로 배출되지 않고 다시 흡수되도록 했다.
새 전지는 수분을 따로 공급하지 않고도 1㎠ 면적당 최고 850mW의 출력을 내며 700시간 안정적으로 가동됐다.
전지를 50회 이상 껐다 켰을 때도 성능이 유지됐다.
김형준 KIST 연구원은 “수소전기차에 주로 쓰는 연료전지 시스템을 더 가볍고 단순하게 만들면 드론과 무인 항공기의 주전원으로도 활용할 수 있을 것”이라고 말했다.

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