친환경 미래車 에너지효율 올릴 원천기술 찾았다

2015.04.13 18:00
GDC에 균열이 생겨 침전물이 쌓이면 그림과 같은 경계면이 생긴다. - 네이처 커뮤니케이션 제공
GDC에 균열이 생겨 침전물이 쌓이면 그림과 같은 경계면이 생긴다. - 네이처 커뮤니케이션스 제공
다양한 에너지 변환 및 저장장치의 효율을 큰 폭으로  끌어 올릴 수 있는 기술을 미국 연구진이 개발했다. 친환경 전력공급 기술로 각광받는 연료전지 등에도 적용할 수 있어 미래형 전기자동차의 전력효율 역시 큰 폭으로 높아질 것으로 보인다.

 

첸 프렝글린 미국 사우스캐롤라이나대 기계공학과 교수팀은 클렘슨대와 공동으로 각종 에너지 장치의 성능을 개선할 수 있는 기술을 새롭게 개발해 ‘네이처 커뮤니케이션스(Nature Communications)’ 10일자에 발표했다.

 

연구팀은 각종 에너지 장치에 쓰이고 있는 ‘세리아’와 ’산화가돌리늄’이라는 물질을 섞어 만든 ‘GDC’란 물질에 주목했다. GDC는 산소를 잘 전달하는 특성이 있어 수소연료전지를 비롯한 에너지 저장 및 변환 장치 용 전극에 쓰이는 핵심 물질로 꼽힌다.


프렝글린 교수팀은 GDC의 산소 전달 성능을 큰 폭으로 끌어 올렸다. 연료전지 내부에서 전기를 만들 때 열이 발생하는데, 이 때 GDC의 층간에 미세한 균열이 생긴다. 이 부분에 반응하고 남은 불순물이 쌓이면 이온이 이동하지 못하고 산소 전달율이 확연히 줄어든다.

 

과학자들은 이 문제를 해결하기 위한 많은 연구를 진행해 왔지만, 균열의 크기가 불과 수십 nm(나노미터· 1nm는 10억 분의 1m) 정도로 미세해 해결 방법을 찾기가 어려웠다.

 

연구팀은 GDC에 여러 물질을 섞어가며 실험한 결과 코발트를 이온 광물과 합성했을 때 전극의 불순물이 사라진다는 사실을 발견했다. 코발트 이온이 경계면에 쌓인 가돌리늄과 반응해 균열을 채우는 역할을 하기 때문이다.

 

브린크맨 카일 클렘슨대 재료공학과 교수는 “수소연료전지는 물론 천연가스 등 다양한 연료를 활용하는 각종 연료전지 및 에너지 장치의 효율을 높이는 데 적용할 수 있을 것”이라고 말했다.

 

 

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