연세대학교 전자재료개발연구실 한학수 교수 '차세대 에너지원으로서의 수소 연료전지' 강연

 

10월 19일 연세대학교 전자재료연구실 한학수 교수는 서울역 대회의실에서 그간 연구해온 것들을 강연하였으며 이를 지상 중게한다.

 

에너지의 고갈, 환경문제가 세계적인 이슈가 되면서 화석연료의 대안으로 수소에너지와 이를 사용하는 연료전지의 중요성이 강조되고 있다.최근에는 폭발적으로 증가하고 있는휴대폰, PDA, 노트북의 Li-ion 배터리가 소형화 및 에너지 저장 능력이 한계에 처해있기도 하다.

 

연료전지는 수소의 화학에너지를 전기에너지로 바로 전환하므로 공해물질을 거의 배출하지 않고 발전효율이 높으며(40%이상), 수소, 천연가스, 에탄올, 메탄올 등 다양한 연료를 이용할 수 있어 차세대 대체에너지 기술로 기대를 모으고 있다.

 

연료전지는 그 응용 분야가 다양하여 자동차, 선박, 항공기 등의 수송분야와 발전소의 전력부문, 휴대용 가전제품의 에너지 공급원으로도 활용이 가능하다. 만약 연료전지 자동차가 등장한다면 자동차가 환경 오염의 주범이라는 오명에서 벗어날 수 있게 된다는 의미이다.

 

연료전지는 전력밀도가 리튬폴리머 전지의 3배 이상이므로 소비전력이 크고 사용기간이 긴 무선 어플리케이션의 상업화를 앞당길 수 있을 것으로 보인다. 연료전지의 상업화는 메탄올 카트리지 유통 판매점과 연료 주유소(수소 스테이션) 등 연료 보급을 위한 인프라 스트럭쳐가 구축된다는 것을 의미한다.

 

연료전지는 연료의 화학에너지를 열에너지로 변환하지 않고 직접 전기에너지로 변환할 수 있기에 저온에서도 에너지 변환효율이 높아 차세대 발전시스템으로 기대되고 있다. 그 중에서도 고체고분자 연료전지는 상온부근에서도 조작할 수 있어 소형화가 쉬워 휴대용 전원, 가정용 전원, 자동차용 전원으로 기대되고 있다.

 

고분자 전해질막 연료전지(PEMFC)는  섭씨 85-100도의 낮은 온도에서 동작하며 우주선에 최초로 사용된 연료전지이며 높은 전력밀도를 유지하여 성능저하가 일어나지 않게 만드는 기술이 확보가 되었다. 향후 문제로 재료의 선정, 생산량을 늘여 제조원가를 낮추는 일과 고분자 전해질 막의 연구이다.

 

 전체적인 고분자 전해질막의 기술적 장애 요인으로는 낮은 이온 전도도, 함수율, 기계적 안정성, 열사이클 안정성, 내구성, 높은 팽창율, 기체 투과도, 제조 가격 등이 있다. 한학수 교수는  이를 극복하기 위한 방안으로 이온당량이 큰 전해질막의 개발, 싸고 좋은 성능의 새로운 전해질막의 개발, 섬유 또는 다공성 지지체로 강화된 전해질 막의 개발을 하였다. 향후 수소이온 전도성 고분자 전해질막 개발 방향은 막의 이온 전도도 향상, 내구성 향상, 막의 두께 감소, 기계적 강도 강화, 제조단가 절감 등 5가지에 초점이 맞춰져 있다.  최종 목표는 고온(섭씨 150도 이상), 저가습, 무가습 조건에서도  안정적인 성능을 유지하는 것이다.

 

연세대학교 전자 재료 개발 연구실은 소형연료전지를 대상으로한 고분자 전해질 막을 개발하여 왔으며 앞으로도 산학연 관련 연구자들에게 개발된 기술들이 산업화 및 제품화로 연결될 수 있도록 지원할 것이다.

 

박상구 기자 jinnews.com