광주과학기술원은 화학과 박찬호 교수와 환경·에너지공학과 문승현 초빙석학교수, 포스코홀딩스 김재훈 박사 공동 연구팀이 동결건조 과일처럼 내부에 구멍이 많은 다공성 구조를 연료전지 전극 설계에 적용해, 연료전지의 출력과 안정성을 동시에 향상시키는 새로운 막-전극 접합체(MEA) 구조를 개발했다고 밝혔다. 이번 연구의 핵심은 동결건조 기술을 활용해 만든 다공성 촉매층과 전해질막을 연속적인 하나의 구조로 결합함으로써, 연료전지 반응이 일어나는 핵심 공간인 삼상계면을 기존의 평면 구조가 아닌 3차원 입체 구조로 확장했다는 점이다. 이를 통해 가스 확산과 전기화학 반응 효율을 동시에 개선하며 이동형 연료전지 적용 가능성을 크게 높였다. 고분자전해질막 연료전지(PEMFC)는 수소를 연료로 전기를 생산하고 부산물로 물만 배출하는 친환경 에너지 변환 기술로, 수소 전기차를 비롯한 중·대형 운송수단에 활용되고 있다. 그러나 백금 촉매 사용량을 줄이면서도 높은 출력과 장기 안정성을 동시에 확보하는 것은 여전히 해결해야 할 과제로 남아 있다. 기존 박막형 촉매층 구조에서는 실제 반응이 일어나는 삼상계면이 촉매층과 전해질막 사이의 얇은 2차원 영역에 국한돼, 가스 확산과 이온 전달
한국과학기술원(KAIST) 신소재공학과 조은애 교수·포항공대(POSTECH) 화학공학과 한정우 교수 공동 연구팀은 수소차 연료 전지에 사용되는 촉매인 백금을 대체할 비귀금속 촉매를 개발했다고 22일 밝혔다. 수소차에 사용되는 '양이온 교환막 연료전지(PEMFC)'는 전기화학 반응 속도를 높이기 위해 전극에 많은 양의 백금 촉매를 사용한다. 연구팀은 백금을 대체할 수 있는 공기극용 '단일 원자 철·질소·탄소·인 소재'를 개발하고, 활성 메커니즘을 규명했다. 이 소재는 탄소에 미량의 철 원소가 원자 단위로 분산돼 있고, 그 주변을 질소와 인이 결합하는 구조라고 연구팀은 설명했다. 이 소재를 촉매로 이용하면 현재 상용 제품에 적용되고 있는 PEMFC뿐만 아니라 차세대 연료전지인 '음이온 교환막 연료전지(AEMFC)'에도 적용할 수 있다. 귀금속인 백금보다 1000분의 1 이상 저렴해 가격 경쟁력을 확보할 수 있다고 연구팀은 덧붙였다. 조은애 교수는 "연료전지는 복잡한 반응 장치라서 새로운 촉매가 개발되더라도 실제 연료전지에 적용하기는 어려운 경우가 많은데 이번에 개발한 촉매는 양이온 교환막 연료전지와 음이온 교환막 연료전지에 적용해 모두 성능을 높이는 데 성공했다
헬로티 김진희 기자 | 현대자동차가 현대일렉트릭과 손잡고 연료전지 기반의 이동형 발전기 및 항만 육상 전원 공급 장치를 개발하고 수소 연료전지 사업 다각화에 나선다. 현대자동차는 지난 29일 김세훈 현대자동차 연료전지 사업부 부사장, 조석 현대일렉트릭 대표이사 등 관계자들이 참석한 가운데 ‘발전용 수소 연료전지 패키지 상용화를 위한 양해각서(MOU)를 체결했다. 이번 협약은 현대자동차 차량에 적용된 연료전지(PEMFC)를 기반으로 발전용 수소 연료전지 시스템 패키지를 개발하고, 이를 이동형 발전기나 항만 육상 전원 공급장치에 활용해 전력을 필요로 하는 다양한 곳에 공급하는 것을 목표로 한다. 특히, 디젤 발전기가 주를 이루는 이동형 발전기 시장에서 수소 연료전지 기반의 발전 시스템을 공급함으로써 건설 현장이나 항만 시설 등의 다양한 산업 분야에 친환경 수소 에너지를 보급할 예정이다. 현대자동차는 연료전지 시스템 공급과 기술 지원을 담당하며, 현대중공업그룹의 전력기기 및 에너지 솔루션 전문 회사인 현대일렉트릭은 해당 연료전지를 탑재한 발전용 패키지 개발과 이를 이동형 발전기, 항만 육상 전원 공급장치 등에 적용하는 사업 모델 개발을 담당할 계획이다. 김세훈 현
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