[월간수소경제] 청정에너지를 위한 ‘혁신’이 될 수 있는 발견이 연료전지의 내부막을 시험하기 위한 새로운 기술을 통해 개발됐다.

영국의 온라인 일간 매체인 데일리메일은 연료전지의 수명이 산화라 불리는 과정이나 중심 전해질의 파괴에 영향을 받으며, 연구자들은 이제 이러한 과정을 일으키는 화학물질의 형성을 관찰할 수 있는 방법을 발견했다고 최근 보도했다.

데일리메일에 따르면, 산화작용으로 인해 막에 구멍이 생겨서 결국 셀이 단락될 수 있기 때문에 새로운 기술은 이를 방지하고 연료전지의 수명을 연장하는 방법을 개발하는데 도움이 될 수 있다.

응용과학 및 공학 스쿨의 에너지·환경 전문 교수인 레이먼드 H. 위트코프(Raymond H. Wittcoff), 비제이 라마니(Bijay Ramani), 로마 B.(the Roma B.)는 “만약 당신이 자동차나 휴대폰과 같은 장치를 구입한다면 가능한 한 오래 사용하길 원할 것”이라고 말했다.

이어 그들은 “유감스럽게도 연료전지 부품은 성능이 저하될 수 있으며, 이는 간단한 문제가 아니다”라면서 “우리는 연구를 통해 장치가 망가질 수 있는 방식을 실제로 밝혀내고, 연료전지를 사용하는 장치의 수명을 증가시킬 수 방법을 찾고 있다”고 덧붙였다.

세인트루이스의 워싱턴 대학 연구진은 형광 분광학(Fluorescent Spectroscopy)으로 알려진 접근법을 이용해 연료전지 내부에서 일어나는 과정을 관찰했다.

연구진에 따르면 이는 이러한 문제에 대한 최초의 접근 방식이다. 형광 염료를 마커로 사용해 자유라디칼이라 하는 유해화학물질이 생성하는 속도를 밝혀내는 것이다.

공동저자인 윤주 장(Yunzhu Zhang)은 “광섬유에서 형광 분광법을 사용함으로써 연료전지 내부에서 생성된 막을 파괴하는 산화성 자유라디칼을 정량화할 수 있다”고 전했다.

이러한 접근법은 연료전지 막에서 나오는 약한 빛이 내부의 더 큰 결함과 연관돼 있음을 밝혀줬다.

프로젝트에 지원한 시리하리 산카라수브라마니안(Shrihari Sankarasubramanian) 박사 후 연구원은 “우리는 이 과정이 실시간으로 일어나는 것을 볼 수 있다”고 말했다.

내연기관과는 달리 연료전지는 수소를 연료로, 공기를 산화제로 사용하는 전기화학적 반응을 통해 전력을 생산한다.

주요 생성물은 물이다. 이는 연료전지가 본질적으로 자동차에서 휴대폰에 이르기까지 모든 배터리 구동장치를 위한 청정 전기를 만들어내는데 사용될 수 있음을 의미한다.

이전에 과학자들은 어떤 반응이 고장을 일으키는지 판단하기 위해 셀의 배출량을 조사했으나 새로운 접근법은 보다 정확한 판단을 위해 셀 내부에서 발생하는 과정을 보여준다.

공동연구저자인 하비에르 파론도(Javier Parrondo) 박사후 연구원은 “연료전지 막 분해를 야기하는 자유라디칼은 금방 사라지고 양이온 교환 막은 매우 얇기 때문에 최신 접근법은 연료전지가 구동하는 동안 발생하는 화학적 결함을 더 잘 연구, 이해, 방지하기 위한 핵심”이라고 전했다.

라마니는 “이 다음 단계는 연료전지 막 내부에 항산화 화학물질을 도입해 막이 파괴되는 속도를 줄일 수 있는지 확인하는 것”이라고 말했다.

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