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GIST, 연료전지 핵심 나피온 막 전도도 대폭 향상

전기장 이용한 구조제어 통해 이온전도도 2배 높여


[월간수소경제 송해영 기자] GIST(광주과학기술원) 지구환경공학부 문승현 교수 연구팀이 연료전지와 배터리에서 핵심적인 역할을 수행하는 불소계 나피온(Nafion) 막의 전기전도도를 대폭 향상시키는 데 성공했다.


나피온과 같은 불소계 막 시장은 최근 3년 사이 80배 가까이 성장했으며, 2022년에는 11,000억 원 규모의 시장을 형성할 것으로 예상된다.


나피온은 전체 구조를 지탱하는 백본(backbone)과 전하를 전달하는 작용기(functional group)로 구성된다. 연구팀은 막을 제조하는 과정에서 작용기가 이온과 형성하고 있는 쌍극자(dipole)에 전기적인 힘을 가해 무작위로 퍼져 있는 구조 내의 작용기를 규칙적으로 정렬하고자 했다.


연구팀은 관련 기술로 2건의 특허를 출원했으며, 선행 연구에서 비불소계 막의 효율을 대폭 증가시켜 논문 2건을 게재한 바 있다. 비불소계 막은 백본이 탄화수소로 이뤄져 있으며, 대체적으로 불소계 막에 비해 내구성이 약하다.


연구팀은 이번 연구 결과를 가장 널리 사용되고 있는 나피온 막에 적용했으며, 이를 통해 기존 막과 비교했을 때 이온전도도가 2배 가까이 높아진다는 사실을 확인했다. 이는 세계 최고 수준의 성과다.


한편 연구팀은 효율 향상이라는 결과에서 그치지 않고 다양한 고분자 분석 방법을 동원해 이론적 바탕을 확인하는 데에도 주안점을 두었다.


문승현 교수는 이번 연구는 가장 대중적으로 사용되지만 효율면에서 한계가 명확했던 나피온 막의 효율을 대폭 향상시켰다는 점에서 큰 의미가 있다라며 앞으로 연료전지, 차량용 배터리 등의 에너지 시스템에 적용되어 성능 향상에 기여할 수 있을 것으로 기대된다라고 밝혔다. 




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