최신 과학 지식을 접하는
가장 똑똑한 방법!

홍합에서 얻은 접착물질로 연료전지 효율 높인다

2018년 12월 27일 15:54
이미지 확대하기한국과학기술연구원(KIST) 연료전지연구센터 김진영 책임연구원(왼쪽)은 홍합에서 나온 접착 물질로 수소연료전지의 성능과 안정성을 높이는 기술을 개발했다. 김진영 책임연구원과 논문 제 1저자로 참여한 윤기로 박사후연구원(가운데), 이경아 석사과정생. -KIST 제공
한국과학기술연구원(KIST) 연료전지연구센터 김진영 책임연구원(왼쪽)은 홍합에서 나온 접착 물질로 수소연료전지의 성능과 안정성을 높이는 기술을 개발했다. 김진영 책임연구원과 논문 제 1저자로 참여한 윤기로 박사후연구원(가운데), 이경아 석사과정생. -KIST 제공

홍합에서 나온 접착 물질로 친환경차로 주목받는 수소전기차의 동력원인 수소연료전지의 성능과 안정성을 높이는 기술이 개발됐다.

 

한국과학기술연구원(KIST)은 연료전지연구센터 김진영 책임연구원 연구팀이 홍합이 물속에서 바위에 몸을 붙일 때 내는 도파민이란 물질을 활용해 수소이온전도도와 내구성을 동시에 개선한 수소연료전지를 구현했다고 이달 27일 밝혔다.

 

수소연료전지는 대기 중 산소와 수소 기체를 이용해 전기를 생산하고 부산물로 물만 나오는 친환경 에너지원이다. 수소는 연료극에서 수소이온과 전자로 분해되며 수소이온은 전해질막을 거쳐 공기극에서 산소와 만나 물로 빠져나가고 전자는 회로로 흘러들어 전류를 발생시킨다. 전해질막은 내부의 두 전극을 분리하면서 수소이온을 전달하는 역할을 한다. 전해질막의 내구성과 수소이온 전도도는 연료전지의 수명과 성능을 결정하는 핵심 요소다.

 

‘폴리테트라플루오르에틸렌(PTFE)’ 중합체에 수소이온만을 선택적으로 통과시켜 전도도를 높이는 ‘과불소계 술폰산(PFSA)’을 스며들게 한 전해질막이 주로 쓰인다. 하지만 극소수성인 PTFE에 PFSA가 잘 섞여들어가지 않아 균열이나 기공이 생기고 기체가 막을 투과하는 현상이 쉽게 나타나는 문제가 있었다.

 

연구팀은 홍합의 접착 능력에 주목해 도파민을 첨가한 전해질막을 만들었다. 도파민의 중합체 형태인 폴리도파민을 PTFE에 코팅해 PFSA가 잘 붙도록 한 결과 PFSA가 잘 스며들어 표면의 균열이나 기공이 크게 줄었다. 막 표면에는 화학적 분해를 막아주는 산화방지제인 세륨(Ce) 성분을 코팅해 내구성도 높였다.

 

이미지 확대하기수명실험 후 기존 전해질막(파란색 네모)은 표면 손상도 많고 막의 두께도 줄은 반면 폴리도파민 전해질막은 표면 손상이 적고 표면도 원래 형상을 유지했다. -KIST 제공
수명실험 후 기존 전해질막(파란색 네모)은 표면 손상도 많고 막의 두께도 줄은 반면 폴리도파민 전해질막은 표면 손상이 적고 표면도 원래 형상을 유지했다. -KIST 제공

연구팀은 새로 개발한 폴리도파민 전해질막을 장착한 연료전지에 습도를 100%와 0%로 반복적으로 바꾸는 방식으로 수명시험을 실시했다. 기존 전해질막은 2300회를 견디지 못한 반면 폴리도파민 전해질막은 5000회 이상의 습도 변화에도 성능을 유지했다. 기존 전해질막은 두께도 70%로 줄어들고 표면 손상이 많았지만 폴리도파민 전해질막은 두께가 97% 이상 유지되고 표면도 깨끗했다.

 

김 연구원은 “자연 물질에서 아이디어를 얻어 기존 산업기술의 문제점을 극복했다”며 “수소연료전지의 성능을 향상시키고 전해질막이 들어가는 다양한 분야에 적용될 것”이라고 말했다. 연구결과는 지난달 27일 국제학술지 ‘어드밴스드 펑셔널 머터리얼즈’ 온라인판에 실렸다.

 

메일로 더 많은 기사를 받아보세요!

관련기사

인기기사

댓글

댓글쓰기

관련 태그 뉴스