UNIST, 高효율 수소연료전지 소재 개발

다공성 고체 기반 전해질막
성능저하 없이 장기간 사용 가능

UNIST(울산과학기술원)는 나명수 화학과 교수(사진) 연구팀이 다공성 고체를 기반으로 한 고성능 연료전지 전해질막 소재를 개발했다고 8일 발표했다. 나 교수는 백승빈 연구교수, 김영삼 교수와 공동으로 금속과 유기물이 혼합된 다공성 물질인 금속-유기 골격체(MOF)로 수소 이온 전도성이 뛰어난 연료전지용 전해질막 소재를 개발하는 데 성공했다.

수소연료전지는 수소를 공기 중 산소와 화학 반응시켜 전기를 생산하는 장치다. 전극과 전극 사이에 수소 이온을 통과시키는 전해질막 등으로 이뤄져 있다. 이 전해질막의 수소 이온 전도도가 화학반응 속도에 영향을 줘 연료전지의 효율을 결정한다.

연구팀은 금속과 유기물이 결합해 다공성 골격 구조체를 이루는 MOF의 한 종류인 MOF-808에 손님 분자로 불리는 아미노술폰산이온을 첨가해 전해질막 소재로 개발했다. MOF-808은 지르코늄 금속과 유기물이 결합한 것이다. 황산과 같은 강산이 포함되지 않아 성능 저하 없이 장기간 쓸 수 있다. 합성이 쉬운 것도 장점이다.

연구팀은 개발한 다공성 소재를 고온에서 열처리해, 열처리하지 않은 경우보다 30배 이상 높은 이온 전도도를 기록했다. “열처리하면 기공 내부의 산성도가 높아지면서 수소 이온이 효율적으로 이동하는 수소 결합 네트워크가 만들어지기 때문”이라고 연구팀은 설명했다.

또 첨가된 손님 분자인 아미노술폰산이온이 수소 결합 네트워크를 형성하는 데 중요한 역할을 하는 것으로 확인됐다. 나 교수는 “새로운 MOF 기반 수소연료전지용 고체 전해질을 설계하고 개발하는 데 가이드라인을 제시할 수 있을 것”이라고 말했다.

울산=하인식 기자 hais@hankyung.com