새로운 나노구조 전극 개발로 연료전지 성능 향상시켜
새로운 나노구조 전극 개발로 연료전지 성능 향상시켜 - 전극구조 제어로 백금 사용량 줄어든 연료전지 개발 -
연구결과 개요
1. 연구배경
최근 들어 배터리를 동력원으로 하는 전기자동차는 대기오염의 주원인인 내연 기관 차량의 대안으로 여겨지고 있다. 그러나 전기자동차의 동력원으로 배터리를 사용할 경우 제한사항이 있는데 충전에 시간이 오래 걸리며, 에너지 밀도가 낮아 주행거리가 짧고, 배터리의 수명이 짧은 등의 문제점이 있다. 또한 전기자동차가 상용화되면 전기충전소의 추가적인 설치가 필요할 것이며 여기서 충전하는데 사용되는 전기는 기존 방식의 대규모 발전소에서 공급되는 것이다. 이러한 상황은 결국 오염원의 이동에 불과하므로 배터리 전기자동차를 완전한 무공해 자동차라고 하기에는 한계가 있다. 따라서 궁극적인 해결책은 결국 수소연료전지의 도입밖에 없다고 여길 수 있다.
이처럼 온실가스 및 오염물질 배출이 전혀 없는 무공해 에너지원으로 주목받고 있는 연료전지는 연료인 수소와 산소의 화학반응으로 생기는 화학에너지를 직접 전기에너지로 변환시키는 일종의 발전장치이다. 연료전지는 기본적으로 사용되는 전해질의 종류에 따라 고분자전해질 연료전지(PEMFC), 알칼리 연료전지(AFC), 인산 연료전지(PAFC), 용융탄산염 연료전지(MCFC), 고체산화물 연료전지(SOFC) 등으로 나눌 수 있다. 이들 중 고분자전해질 연료전지는 수소이온(양성자)의 투과가 가능한 고분자막을 전해질로 사용하며, 이러한 전해질을 사이에 두고 두 전극이 샌드위치의 형태로 위치하고 있다.
이들 중 고분자전해질 연료전지는 작동온도가 비교적 낮고 소형화가 가능하며 에너지 밀도가 크고 연료로서 수소 또는 메탄올이 가능하므로 분산 에너지 이용 시스템의 한 축으로서 활용될 때 크기와 조합에 유연성을 발휘할 수 있다. 따라서 가장 많은 연구가 이루어지고 있으며 자동차 등에 가장 적당한 것으로 판단되고 있다.
그러나 현재 고분자전해질 연료전지의 연료극과 공기극에서는 값비싼 백금 나노입자를 촉매로 사용하고 있으며 이것이 연료전지의 상업화를 가로막는 가장 큰 장애물로 작용하고 있다. 이를 극복하기 위해 세계 각국에서는 차세대 고효율 연료전지시스템 기술을 개발하고 있다. 특히 성 교수팀은 백금 사용량을 획기적으로 줄이는 한편으로, 전체 시스템의 효율 증가를 통해 연료전지의 상업화를 촉진하는 연구를 진행해 왔다.
수소연료전지는 무엇을 전기에너지로 변환시키는 장치니