[월간수소경제] NIST(National Institute of Standard and Technology)를 포함하는 과학팀은 연료전지에 필요한 값비싼 촉매가 신속하고 효과적으로 통합되었는지 여부를 확인하는 방법으로 수소연료전지 제조에 대한 큰 장애물을 넘을 수 있을 것이다. 개선된 측정방법은 경제적인 대량생산에 한걸음 더 가까워질 수소동력을 위한 열쇠다.

수소전기차는 전기차와 마찬가지로 아직 도로를 정복하지는 못했지만, 효율성이나 환경친화성이 부족한 것은 아니다. 수소가스는 화석연료에 비해 질량대비 약 세 배의 에너지를 가지며, 연료전지의 부산물은 오로지 물이다. 그러나 연료탱크에 수소를 채우는 것이 빠르지, 엔진을 만드는 것은 적어도 산업표준에 의해서는 그렇지 않다. 연료전지는 수소를 전기에너지로 전환시키기 위해 백금촉매의 얇은 층이 필요하며, 산업계는 이러한 층의 성질을 평가할 수 있는 효율적인 방법이 부족하다. 이것이 일년 동안 약 1,800대의 수소전기차량만이 도로에 나설 수 있었던 이유이며, 이 차량들은 기존차량에 비해 두 배나 많은 비용이 들 수 있다.

이러한 촉매는 플라스틱 랩과 비슷한 폴리머 시트의 양면에 두 개의 얇은 층으로 마무리 돼야 하기 때문에 산업계의 접근방식은 잉크처럼 촉매를 처리해왔다. 이 공정은 백금입자를 탄소와 혼합하여 잉크처럼 보이는 까만 액체를 형성한다. 이 후 신문인쇄기를 닮은 기계가 거대한 롤에서 빠져 나오는 시트에 혼합물을 입힌다. 문제는 이 잉크의 백금이 그램 당 35달러(온스 당 1,000달러) 이상이며, 따라서 제조사는 일을 끝내기 위해 충분한 확신을 할(더 이상 비용이 증가하지 않는) 방법이 필요한 것이다. 그리고 이 공정은 연간 수 천대의 자동차용 연료전지를 만들 정도로 빨라야 하며, 이는 플라스틱이 빠르게 돌아야 한다는 뜻이다.

NIST와 산업계가 참여하는 연구팀이 작은 물체를 측정하여 다져온 그들의 경험을 통해 완전히 다는 산업을 위한 컴퓨터 칩 제조법이라는 해결책을 찾아냈다. 그러나 칩 표면의 레이저 빛 반사를 기반으로 한 그들의 일반적인 접근방식은 다시 생각해야만 했다.

NIST의 물리학자인 마이클 스토커(Michael Stocker)는 “우리는 칩 위에 10나노미터보다 작은 특성을 측정하기 위한 광학적 방법에 대한 전문기술을 보유하고 있으며, 백금입자는 이와 동일한 크기”라고 말했다. 그는 이어 “우리는 기본적으로 우리가 하는 일을 알고 있었지만, 칩이 분당 30미터(약 100피트)까지 날아가지 않아 속도에 대한 어려움이 있었고 이것이 까맣기 때문에 우리는 측정할 수 있는 충분한 양의 반사광을 얻어내지 못한 것”이라고 전했다.

연구개발을 통한 고심 끝에, 연구팀은 시트가 분당 1~2미터 이동할 때 작은 백금입자에서 반사되는 낮은 수준의 빛을 감지할 수 있는 기존기술을 이용하여 새로운 장비를 만들었다.

스토커는 산업계의 미래요구를 충족시키기 위한 방법의 확장이나 속도의 증가에 대한 근본적인 장벽은 없다고 말했다. 예를 들어, 제조업체는 이러한 측정기를 배열해 미터 너비의 시트를 스캔할 수 있으며, 각 시트는 특정 부분의 문제지점을 식별한다. 이러한 방법은 완벽한 해결책을 형성하기 위한 형광 X-레이와 같은 다른 기술과 결합될 필요가 있지만, 연료전지 제조업체를 위해 남겨두었다고 그는 전했다.

그는 “이 시점부터 모든 것은 단지 광학공학일 뿐”이라며 “산업계는 여기에서 얻어낼 수 있다”고 마무리했다.

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