POSTECH 화학과 박문정 교수팀
-수소자동차 연료전지 원천기술 개발
-'네이처 커뮤니케이션' 게재

공해물질이 거의 배출되지 않고 화석연료를 사용하지 않아 각국이 경쟁적으로 개발에 나서고 있는 '수소 자동차' 연료전지의 필수 원천 기술이 포스텍 연구팀에 의해 개발됐다.

포스텍은 교육과학기술부가 미래 국가발전 핵심분야 연구 추진 및 학문 후속세대 양성을 위해 실시한 '세계수준의 연구중심대학(World Class University·WCU)' 육성 사업에 선정된 화학과 박문정(33) 교수와 박사과정 김성연(25)씨 팀이 물을 용매로 이용하지 않으면서도 최대 180℃에서 높은 수소 전도율을 보이며 백금 촉매의 일산화탄소 피독현상을 방지할 수 있는 고분자-이온성 액체 나노 구조체를 세계 최초로 개발했다고 5일 밝혔다.

과학전문지 네이처의 자매지인 '네이처 커뮤니케이션(Nature Communications)' 온라인 속보(10월 5일자, 현지시간)를 통해 게재되는 이번 연구결과는 미국 에너지관리국(DOE)이 정한 수소연료전지 전해질의 개발목표(습도 25% 환경, 120℃이상의 온도에서 작동 가능, 2009년)를 훨씬 상회하는 수준으로 나타나 눈길을 모으고 있다.

박 교수팀이 개발한 이 물질(SnMBm)은 습기가 없는 165℃의 고온에서 최대 0.045 S/cm의 전도율을 보였으며 이는 같은 온도에서 최대 0.014 S/cm인 Nafion의 3배가 넘는다. 유연하고 내구성이 좋은 이 신물질은 이온성 액체의 농도를 증가하거나 고분자를 변화시키는 것만으로도 기능을 자유자재로 조절할 수 있으며 탄소와 수소로만 이뤄진 물질로 Nafion에 비해 생산비용도 10배 정도 절감할 수 있다.

이번 연구성과는 '이온 전도성 물질로만 전해질을 만들어야 전도성을 높일 수 있다'는 통념을 뒤집고 '이온 전도성 물질과 비전도성 물질을 조합해 만든 전해질이 이온전도성 물질로만 만든 전해질보다 훨씬 높은 전도성을 보인다'는 것을 증명해보였다는 것이 연구팀의 설명이다. 실제로 연구팀이 이온전도성 물질인 Sn으로만 만든 전해질과 비교했을 때 SnMBm으로 만든 전해질은 전도성이 무려 10배 이상이나 높았다. 이는 SnMBm이 10nm의 나노구조를 갖게 되면서 자연스럽게 수소가 통과하는 '지름길'을 만들었기 때문.

박문정 교수는 "자동차용 수소연료전지를 상용화하기 위해서는 전지의 성능을 저해하는 백금촉매의 일산화탄소 피독문제를 해결할 수 있는 120℃ 이상의 고온, 무가습(無加濕) 환경에서 높은 수소 전도율을 보이는 전해질 개발이 필수적"이라며 "이 신물질은 기존에 발표됐던 고분자 전해질 물질 가운데 물이 없고 고온인 환경에서도 뛰어난 전도성을 보여 연료전지 기술 개발에 큰 역할을 할 것으로 기대된다"고 밝혔다. 한편 이번 연구는 교육과학기술부와 한국연구재단이 지원하는 WCU의 지원을 받아 수행됐다.

☞일산화탄소피독현상? 연료전지의 촉매로 사용되는 백금에 일산화탄소가 흡착돼 활동 
    가능 면적이 급격하게 줄어들면서 전지 전체의 성능을 떨어뜨리는 현상.
☞S/cm-전도도의 단위? 1cm당 1Siemen이라는 의미로, 1Siemen은 1/옴(ohm)이다.

<경북일보 2010.10.06일자>