기초과학연구원(IBS)이 부피와 무게를 반 이상 줄인 소형 연료전지를 개발했다고 8일 밝혔다.
IBS 나노입자 연구단 성영은 부연구단장 연구팀은 강원대 연구팀과 가볍고 구부릴 수 있는 빨대 모양의 연료전지를 개발했다. 이 기술은 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 전달한다. 분리판은 수소와 산소를 섞이지 않게 분리하는 동시에 반응물의 통로 역할을 한다. 양쪽 끝판과 분리판은 전체 무게의 약 80%를 차지하며, 지금까지는 경량화에 한계가 있었다.
연구진은 무거운 양쪽 끝판과 분리판의 역할을 축소하여 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) 공급 면으로 활용해 분리판의 역할도 대체할 수 있음을 확인했다. 이런 방식으로 막전극접합체를 제외한 부품의 무게를 60% 이하로 대폭 줄일 수 있었다.
또 빨대의 주름진 부분처럼 자유자재로 줄이거나 늘릴 수도 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.
성영은 부연구단장은 “연료전지에 종이접기의 원리를 접목하여 가볍고 구부릴 수 있는 3차원 빨대 모양의 연료전지를 개발했다”며 “혁신적인 디자인의 도입을 통해 연료전지 분야가 눈에 띄게 발전할 것으로 기대하고 있다”고 설명했다.
