▲ (왼쪽부터) 기술개발을 주도한 KIST 수소 연료전지 연구단 박현서 책임연구원, 임아연 연구원, 물질구조제어연구센터 김종민 선임연구원.(사진=KIST)

[월간수소경제 성재경 기자] 국내 연구진이 그린수소의 생산과 전력 생산이 모두 가능한 일체형 재생 연료전지의 효율을 크게 향상시키는 기술을 제안했다.

한국과학기술연구원(KIST)은 수소·연료전지연구단 박현서 박사팀이 물질구조제어연구센터 김종민 박사, 서울대 성영은 교수팀과 함께 수소 생산, 수소 이용 전력생산의 순환운전 장치의 성능을 개선한 부품을 개발했다고 28일 밝혔다.

일체형 재생 연료전지는 수소를 생산하는 수전해 장치와 전기를 생산하는 연료전지 장치가 하나로 구성된 장치를 말한다. 

태양광, 풍력 등 신재생에너지의 전기 생산이 많으면 수전해 운전으로 수소를 생산하고, 전력수요가 더 많으면 연료전지를 돌려 전기를 공급하게 된다.

KIST 연구진의 실험 결과 물과 기체의 이동이 원활하고, 새로 개발한 전극 표면에서 기체가 최대 18배나 더 쉽게 빠져나왔다. 연구진은 기존 부품보다 연료전지 운전에서 4배, 수소 생산에서 2배로 성능이 향상됐다고 설명했다. 160시간 동안 장비를 운전해 안정성도 입증했다.

연구진은 일체형 장치의 효율을 높이기 위해 물을 끌어당기는 친수성과 물을 밀어내는 소수성의 성질을 모두 갖는 전극을 활용, 양극과 음극에 나노미터 두께로 친수성 및 소수성 물질을 번갈아가며 코팅을 했다.

▲ 전기화학적 주사현미경 실험의 모식도.(그림=KIST)

▲ KIST 연구진이 개발한 양친매성 티타늄 전극(과)과 기존 전극(우)에서 산소 기포들이 빠져나가는 차이를 담은 이미지.(그림=KIST)

이를 통해 물이 전극에서 촉매까지 빨리 도달하고, 전기분해로 생산된 수소와 산소가 빨리 빠져나오는 것을 확인했다. 수소를 사용하는 연료전지 또한 기체의 이동이 빨라져 더 많은 전기를 생산했다.

박현서 책임연구원은 “연료전지 전력 생산과 수전해 그린수소 생산 운전 모두에서 안정적으로 고성능을 나타내는 양친매성 전극을 처음으로 일체형 재생 연료전지 전극에 적용한 연구”라며 “해당 원리를 기체와 액체가 동시에 들어가는 전기화학적 이산화탄소 환원 전지, 질소 환원 전지 등 다른 분야에도 응용할 수 있을 것”으로 전망했다.

이번 연구 결과는 국제 과학저널인 ‘사이언스 어드벤스(Science Advances)’에 24일 게재됐다.

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