연구진이 개발한 빨대 모양의 연료전지 모식도(그림제공:IBS)© 뉴스1

소형 전자기기에 최적화된 새로운 연료전지가 개발됐다.

기초과학연구원(IBS) 나노입자 연구단 성영은 부연구단장 연구팀은 조용훈 강원대 교수팀과 공동으로 가볍고 구부릴 수 있는 빨대 모양의 연료전지를 개발했다고 8일 밝혔다. 이는 기존보다 단순화돼 가볍고, 다양한 모양으로 구성할 수 있어 연료전지 개발의 새로운 방향성을 제시한 것으로 평가된다.

연료전지는 크게 양측의 끝판, 분리막 그리고 막전극접합체로 구성된다.

양쪽 끝판은 막전극접합체에 균일한 압력을 전달하는 역할을 하는데 전체 무게의 약 80%를 차지해 경량화에 한계가 있었다.

연구진은 무거운 양쪽 끝판과 분리판의 역할을 축소해 연료전지의 경량화 방법을 고안해냈다. 연구진은 종이컵을 쌓아 올리듯, 원추형 유닛을 이어 주름진 빨대 형태의 연료전지를 설계했다.

이때, 각 부품의 고정 장치와 구조 유지를 위한 양쪽 끝판을 제거해도 형태가 유지됐다.

또, 관의 안쪽을 연료(수소)의 통로로, 외부를 공기(산소) 공급면으로 활용해 분리판의 역할도 대체할 수 있음을 확인했다.

연구진은 이런 방식으로 막전극접합체를 제외한 부품의 무게를 60% 이하로 대폭 줄일 수 있었다.

또, 빨대의 주름진 부분처럼 자유자재로 줄이거나 늘릴 수도 있다.

특히, 종이컵을 쌓듯 간단히 직렬연결을 할 수 있다는 장점도 있다.

2개의 유닛을 직렬연결한 연료전지의 무게는 0.22g, 부피는 0.565㎤ 수준으로 매우 작고 가볍다.

그런데도 198mW의 전력과 897.7 W·kg-1의 비중 전력 밀도를 낼 수 있다. 또한, 100회 이상 전류-전압 곡선 측정 시 같은 성능을 유지했다.

연구를 이끈 성영은 부연구단장은 “연료전지에 종이접기의 원리를 접목해 가볍고 구부릴 수 있는 3차원 빨대 모양의 연료전지를 개발했다”며 “혁신적인 디자인의 도입을 통해 연료전지 분야가 눈에 띄게 발전할 것으로 기대한다”고 말했다.

한편, 이번 연구결과는 에너지 분야 세계적 학술지인 ‘에이씨에스 에너지 레터스’ 8월19일자 온라인판에 게재됐다.


km5030@news1.kr