한국원자력연구원(원장 정연호)과 한국에너지기술연구원(원장 황주호)이 나노 기술과 방사선 기술을 이용한 협동 연구를 통해 연료전지의 효율과 성능을 획기적으로 끌어올리는 핵심소재 개발에 성공했다. 두 기관은 기초기술연구회 협동 연구 사업의 일환으로 2007년부터 4년여에 걸쳐 수행한 '방사선을 이용한 연료전지 소재 개발'과제를 통해 고체 산화물 연료전지(SOFC)의 저온 동작을 가능하게 하는 '탄소막이 코팅된 은 나노 분말 촉매제'와 직접 메탄올 연료전지(DMFC)의 크기를 줄이고 성능은 끌어올린 '방사선 조사 고분자 연료전지막'개발에 각각 성공했다.

한국원자력연구원 원자력재료개발부 이창규박사 팀은 한국에너지기술연구원 송락현박사 팀과 공동으로 나노 분말 기술을 이용해 고체산화물 연료전지(SOFC : Solid Oxide Fuel Cell)의 최대 난제인 저온 동작을 가능케 하는 '탄소막을 코팅한 은 나노 분말 촉매제'를 개발했다.
SOFC는 수소를 포함하는 연료와 공기가 공기극과 고체 전해질, 연료극을 통과하며 전기를 생산하는 전지다. 이것은 연료전지 가운데 효율이 월등히 높고 장시간 사용이 가능하지만, 이온 교환을 위해 800~1000℃의 높은 온도가 필요해 배관 소재로 고온에서 잘 견디는 고가의 특수 합금을 사용해야하는 단점이 실용화의 걸림돌로 작용했다. SOFC의 동작 온도를 600~650℃까지 낮추는 것이 관건으로, 공기를 전기화학적 방법으로 환원해 산소이온을 생성시키는 역할을 하는 공기극 소재에 플라티늄·팔라튬·은과 같은 금속을 촉매제로 사용해 저온에서도 동작이 가능한 소재 개발 연구가 진행돼 왔다. 그중 가격이 저렴한 은 나노 입자 사용에 관심을 집중했지만, 전극 제조 열 처리 과정에서 서로 응집하는 단점이 있었다.

DMFC 연료전지막, 듀퐁사제품 대체할 것
이창규 박사 팀은 은 나노 입자 표면을 탄소로 코팅함으로써 공기극과 은 나노 입자의 결합력을 높이고, 열 처리 중에 은 나노 입자끼리 응집되지 않도록 하는 데 성공했다. 이 박사 팀은 실험 결과 탄소막을 입힌 은 나노 분말촉매제를 입힌 공기극을 사용한 SOFC가 650℃에서 최대 400㎽/㎠의 성능을 내는 것을 확인했다.

<Energy News>