[월간수소경제 김동용 기자] 국내 연구진이 메탄올 연료전지의 성능을 비약적으로 향상시킬 핵심부품 개발에 성공했다.

한국연구재단은 1일 조용훈 강원대학교 교수와 성영은‧최만수 서울대학교 교수가 고성능 직접 메탄올 연료전지(DMFC)용 막-전극 접합체를 개발했다고 밝혔다.

직접메탄올 연료전지는 메탄올과 산소의 전기화학반응으로 전기를 만드는 에너지변환 시스템이다. 액상연료를 사용하기 때문에 에너지 밀도가 높고 기존 수소연료전지보다 연료 저장‧취급이 쉽다.

그러나 메탄올 산화 반응이 느린데다 산화 전극으로 공급한 메탄올이 환원 전극으로 투과하면서 전기에너지 생산을 저해하는 문제점이 있었다.

연구팀은 메탄올의 산화반응이 발생하는 막-전극 접합체에 간단한 공정을 통해 마이크로‧나노 규모의 구조를 도입해 느린 반응속도와 메탄올 투과문제를 동시에 해결했다.

우선 전해질막 표면을 나노구조 계층으로 패턴화한 다음 산화 전극 특성을 극대화하고 반응속도를 높였으며, 패턴 골짜기를 따라 균일한 나노 균열을 갖는 금층을 표면에 도입해 메탄올이 투과하지 않도록 했다. 이 막-전극 접합체를 직접메탄올 연료전지에 적용했더니 전력 밀도가 최대 42.3％ 향상했다.

특히 백금 촉매 사용량 대비 전력 밀도가 상용 막-전극 접합체보다 2배 이상 좋아진다는 것도 실험을 통해 입증했다.

조용훈 교수는 “촉매 변화 없이 막-전극 접합체 구조를 변형해 메탄올 연료전지의 낮은 성능 한계를 극복해낸 것”이라며 “고에너지 밀도의 연료전지를 드론 전력원으로 사용하면 비행시간을 획기적으로 늘릴 수 있을 것”이라고 강조했다.