수소차, 겨울철 성능 걱정 끝…연료전지 동파 해결 기술 개발 작성일 11-05 48 목록 <div id="layerTranslateNotice" style="display:none;"></div> <div class="article_view" data-translation-body="true" data-tiara-layer="article_body" data-tiara-action-name="본문이미지확대_클릭"> <section dmcf-sid="BFtn9VyORJ"> <figure class="figure_frm origin_fig" contents-hash="96e1076e9b732b22cc5b340e8f2c2b25d699a9807bedb1fb20d7be6563f0114b" dmcf-pid="b3FL2fWIJd" dmcf-ptype="figure"> <p class="link_figure"><img alt="(왼쪽부터) 표재범 국립공주대 기계자동차공학부 교수, 김택수 KAIST 기계공학과 교수, 김지훈 국방과학연구소 선임연구원. 한국연구재단 제공" class="thumb_g_article" data-org-src="https://t1.daumcdn.net/news/202511/05/dongascience/20251105131751277arpy.png" data-org-width="651" dmcf-mid="zMatIhRfin" dmcf-mtype="image" height="auto" src="https://img1.daumcdn.net/thumb/R658x0.q70/?fname=https://t1.daumcdn.net/news/202511/05/dongascience/20251105131751277arpy.png" width="658"></p> <figcaption class="txt_caption default_figure"> (왼쪽부터) 표재범 국립공주대 기계자동차공학부 교수, 김택수 KAIST 기계공학과 교수, 김지훈 국방과학연구소 선임연구원. 한국연구재단 제공 </figcaption> </figure> <p contents-hash="48d00e5d56ff751ff5565e22be61f10b84b9a773f0e3a746dc2a7ff48a489f0b" dmcf-pid="K03oV4YCee" dmcf-ptype="general">국내 연구진이 겨울철 수소연료전지의 성능과 내구성을 떨어뜨리는 동파의 핵심 원인을 규명했다. 간단한 열처리 공정만으로 동파 문제를 해결할 수 있는 기술도 확보했다. </p> <p contents-hash="f2a3613f07a6fe5e0ab5e0f44627388fd947b9cd60fb4c51d32f88a18f38cd46" dmcf-pid="9p0gf8GhMR" dmcf-ptype="general">한국연구재단은 표재범 국립공주대 기계자동차공학부 교수, 김택수 KAIST 기계공학과 교수, 김지훈 국방과학연구소 선임연구원 공동 연구팀이 전극 동파의 원인은 ‘이오노머 결합체’ 내부 결빙 때문이라는 점을 규명하고 10분간의 열처리 공정으로 동파 문제를 해결했다고 5일 밝혔다. </p> <p contents-hash="c8fd325390160f85d4811124ac5782e056f1de658796942a50dd80406086aacb" dmcf-pid="2Upa46HleM" dmcf-ptype="general">전극 동파는 수소연료전지 전극 내부에 잔류한 물이 얼어붙어 균열이 생기는 현상이다. 혹한기에 전지의 성능이 저하되고 수명이 단축되는 주요한 원인이다. 수소연료전지는 미래 청정에너지로 주목받고 있지만 겨울철 성능과 수명이 떨어지는 문제가 있다는 것이다. </p> <p contents-hash="da3970c4aaf9c28de154bea69af13916a81f636ebb9d46c4931a4f5df8ac3b76" dmcf-pid="VuUN8PXSJx" dmcf-ptype="general"> 선행 연구자들은 전극 속 미세 기공인 ‘나노 기공’에 갇힌 물이 얼면서 생기는 압력 때문에 전극 동파가 생긴다고 보았다. 동파를 막는 방법으로는 히터나 외부 보조장치로 온도를 높이는 방식을 택해왔다. </p> <figure class="figure_frm origin_fig" contents-hash="9aefad5ea14313568b20b55f9a4cd3d5b881f157b5fca7bcb19c520a28d370d1" dmcf-pid="f7uj6QZvJQ" dmcf-ptype="figure"> <p class="link_figure"><img alt="전극 나노구조 재구조화를 통한 동파 방지 모식도와 동파 방지 전극의 우수한 내구성 평가결과. 표재범 국립공주대 교수 제공" class="thumb_g_article" data-org-src="https://t1.daumcdn.net/news/202511/05/dongascience/20251105131752583ocqs.jpg" data-org-width="680" dmcf-mid="qlVsiLu5ni" dmcf-mtype="image" height="auto" src="https://img2.daumcdn.net/thumb/R658x0.q70/?fname=https://t1.daumcdn.net/news/202511/05/dongascience/20251105131752583ocqs.jpg" width="658"></p> <figcaption class="txt_caption default_figure"> 전극 나노구조 재구조화를 통한 동파 방지 모식도와 동파 방지 전극의 우수한 내구성 평가결과. 표재범 국립공주대 교수 제공 </figcaption> </figure> <p contents-hash="782a2f9cbab7440300cfc3d183104e89ac9b43ff152eed4ba098d5a9afc47cdd" dmcf-pid="4z7APx5TdP" dmcf-ptype="general">연구팀은 이오노머 함량이 높은 전극이 동파에 취약하다는 점을 발견했다. 이오노머는 물을 흡수해 수소이온 등의 전하를 전달하고 입자를 접착·지지하는 역할을 하는 고분자다. 전극 동파의 주범은 나노 기공이 아니라 스펀지처럼 물을 빨아들이는 이오노머 결합체 때문이란 사실이 밝혀진 것이다. </p> <p contents-hash="b25da35e3a8ac4d5026d1d2c8097980d9d316b4927cb93240f67335898928d11" dmcf-pid="8qzcQM1ye6" dmcf-ptype="general">전극 동파 문제를 해결하기 위해 연구팀은 190℃에서 10분간 열처리 공정을 적용하는 방식을 실험했다. 실험 결과 열처리 공정 과정에서 이오노머의 나노구조가 조밀하게 변형돼 물이 머무를 공간을 조절했다. 영하 20 ℃에서도 초기 기계적 성능의 90% 이상이 유지되는 내구성이 확인됐다. </p> <p contents-hash="f8f45a88400531a0e1cbb83c5b9d5ad7fc07de3c28d61659400c6d925d717a2c" dmcf-pid="65ZdBKSri8" dmcf-ptype="general">표재범 교수는 “이번 성과는 전극의 동파 원인에 대한 기존 통념을 뒤집고 동파의 근본적인 원인을 찾아 새로운 해결책을 제시했다”며 “겨울철 수소차의 안정적 시동, 혹한 지역 수전해 플랜트의 신뢰성을 높이는 것은 물론 이오노머를 사용하는 차세대 배터리, 슈퍼커패시터 등 다양한 미래 에너지 저장장치의 저온 안정성 개선에 폭넓게 적용될 수 있을 것“이라고 말했다. </p> <p contents-hash="7812b55db7c4ebebece23241825e07dc3d5f570ba3bd2bd3c309aebbcbef4d7a" dmcf-pid="P15Jb9vmR4" dmcf-ptype="general">이번 연구는 전극의 동결 파손 원인과 해결책을 규명한 데 큰 의미가 있지만 산업 현장에 적용하려면 장시간 반복되는 동결 및 해동 시험과 실제 발전 시스템 환경에서의 검증이 필요하다. 연구팀은 대규모 시스템에 적용 가능한 기술로 발전시켜 극한 환경에서도 안정적으로 작동하는 차세대 수소에너지 시스템을 개발하겠다는 목표다. 연구결과는 국제학술지 ‘카본 에너지’에 10월 31일 게재됐다.</p> <p contents-hash="e30162724cbe1b72eaafc94a5840d89337fffcde3f481bba7c8e4074076a572f" dmcf-pid="Qt1iK2TsMf" dmcf-ptype="general"><참고 자료><br> doi.org/10.1002/cey2.70098</p> <p contents-hash="0b4becfad1bcd6724ad863e51036356162f3df5621bad3fd19fb80f1f6758c1b" dmcf-pid="xFtn9VyOeV" dmcf-ptype="general">[문세영 기자 moon09@donga.com]</p> </section> </div> <p class="" data-translation="true">Copyright © 동아사이언스. 무단전재 및 재배포 금지.</p> 관련자료 이전 '30일 결혼' 윤정수♥원진서, 청첩장 웨딩화보 공개…"서로에게 기댈 수 있는 운명" [엑's 이슈] 11-05 다음 경기 중 라켓 던지며 추태 부린 '세계 1위' 사발렌카, 코트 악동 키리오스와 두바이서 충돌 예고..."이기기 위해 진심을 다할 것" 11-05 댓글 0 등록된 댓글이 없습니다. 로그인한 회원만 댓글 등록이 가능합니다.
