(사진=한국과학기술연구원 제공)
국내 연구진이 차세대 친환경 에너지로 꼽히는 수소연료전지의 효율을 10배 이상 높일 수 있는 고체 전해질을 개발했다.
수소 연료전지는 수소의 화학에너지를 전기에너지로 변환하는 장치로, 에너지 변환 과정에서 오염물이 발생하지 않아 '친환경 에너지원'으로 각광받고 있다.
한국과학기술연구원(KIST)은 이종호 고온에너지재료연구센터 박사팀이 연료전지에 이용되는 박막 형태 고체 전해질을 나노기술을 이용해 전도 효율을 높이는 데 성공했다고 30일 밝혔다.
연료전지는 수소와 산소가 반응해 물 분자로 결합하는 과정에서 발생하는 화학에너지를 전기에너지로 바꿔준다. 이 과정에서 전지 안의 전해질이 이온을 잘 통과시켜야 연료전지 효율이 높아진다. 고체 전해질은 액체 전해질보다 폭발 위험이 적고 고온에서 효율이 높아 연료전지에 많이 이용된다.
연구팀은 나노기술로 박막 형태 고체 전해질의 내부응력을 조절함으로써 이온이 잘 전도될 수 있는 나노구조를 만들어냈다. 내부 응력을 조절해서 물질의 원자간 거리를 변화시켜 이온이 통과할 수 있는 공간을 넓힌 것이다. 또 어떻게 나노 구조를 변화시켜야 전도 효율이 높아질 수 있는지 관련 메커니즘을 최초로 규명해냈다. 이같은 고체 전해질을 만드는 설계방법도 제시했다.
KIST에 따르면 그동안은 고체 전해질의 나노구조를 어떻게 제어해야 전도 효율이 높아지는지 메커니즘이 제대로 규명되지 않았다. 고성능 물질이 만들어져도 왜 높은 성능이 나타나는지 원리를 밝힐 수 없었던 것이다. 또 나노 단위에서 실험할 때 제어하기 어려운 변수가 많았고 같은 구조를 만들어도 물질 성능이 다르게 나타나는 경우가 많았다.
이번에 이 박사 연구팀이 고체 전해질의 나노 구조가 어떻게 전지 효율을 높이는지 메커니즘을 밝혀내면서 앞으로 친환경 연료전지를 더 높은 성능으로 만들어낼 수 있을 전망이다.
이 박사는 "앞으로 고성능 박막 고체 전해질을 실제 친환경 에너지시스템에 적용하고 기존에 비해 획기적으로 향상된 연료전지를 개발할 수 있을 것"이라고 밝혔다.