한국공학대 박지은 교수팀, 차세대 일체형 재생연료전지 전극 개발

AEM-URFC 더블레이어 산소전극 모식도(왼쪽)와 참고문헌과의 효율 비교표(오른쪽). 한국공학대학교 제공

한국공학대학교는 융합기술에너지대학원 박지은 교수 연구팀이 차세대 친환경 에너지 장치인 ‘음이온 교환막 일체형 재생 연료전지(AEM-URFC)’의 효율을 세계 최고 수준으로 끌어올리는 새로운 전극 구조를 개발했다고 14일 밝혔다.

음이온 교환막 일체형 재생 연료전지는 하나의 장치에서 물을 수소로 변환하는 수전해와 수소를 물로 변환하는 연료전지 기능을 모두 수행하는 시스템이다. 재생에너지로 만든 전기를 남는 시간에 수소로 저장해 두었다가 필요할 때 다시 전기로 사용할 수 있어 잉여 전력 활용과 친환경 수소 생산에 적합하다. 하지만 기존 장치는 값비싼 귀금속 촉매를 사용해야 하거나 효율이 낮아 상용화에 한계가 있었다.

연구팀은 이러한 문제를 해결하기 위해 전극을 두 개 층으로 설계했다. 안쪽 층은 연료전지 작동 시 성능을 높이는 촉매층으로 바깥층은 수전해 작동 시 전기 흐름을 원활하게 하는 탄소나노튜브 구조로 설계했다.

실험 결과, 에너지 전환 효율(round-trip efficiency)은 59.2%로 세계 최고 수준을 기록했다. 또한 높은 전류밀도 조건(750mA cm⁻²)에서도 효율을 보이며 구동 가능성을 확인했다.

박지은 교수는 “이번 성과로 친환경 수소에너지를 보다 효율적이고 경제적으로 사용할 수 있는 길이 열렸다”며 “향후 수소차, 재생에너지 발전소, 분산형 전력망 등 다양한 분야에 적용될 수 있을 것”이라고 말했다.

한편 이번 연구에는 기민석 한국공학대 석사과정생, 이대현 생명화학공학과 학생과 이경아 서울대 박사(제1저자), 나금비 박사과정생 등이 참여했다.

(왼쪽부터) 박지은 교수, 나금비 서울대 박사과정생, 이경아 박사, 기민석 한국공학대 융합기술에너지대학원 석사과정생, 이대현 생명화학공학과 학사과정생. 한국공학대학교 제공