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서울대 연구팀, 연료전지 효율 향상시키는 나노 공정 기술 개발

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등록 2015-09-28 18:00:00  |  수정 2016-12-28 15:40:37
【서울=뉴시스】김희준 기자 = 서울대 공과대학은 기계항공공학부 최만수 교수 연구팀과 화학생물공학부 성영은 교수 연구팀이 다층 마이크로·나노 구조물을 제작할 수 있는 새로운 나노 공정 기술을 개발했다고 28일 밝혔다.

 기존에는 단층 평면 위에 마이크로·나노가 혼재된 멀티스케일 구조물을 단층 평면 위에만 제작할 수 있었으나 다층으로 제작할 수 있도록 하는 기술을 개발한 것이다.

 이 기술을 연료전지에 응용하면 성능을 대폭 향상시킬 수 있다.

 수소 연료전지는 수소가 산소와 만나 물이 되는 과정을 활용한 전지다. 수소를 투입하면 산소와 만나면서 물이 되는데 이 과정에서 수소이온과 전자가 빠져나오고, 전자가 전기를 만들게 된다.

 이를 위해서는 비싼 백금을 씌운 전해질 막이 필요하다. 백금으로 만들어진 고분자 전해질 막은 수소에서 수소 이온과 전자를 분리한 후 전자가 전기를 만들 수 있도록 하고, 수소 이온을 따로 뽑아내 물로 만드는 역할을 한다.

 이전까지 백금을 잉크처럼 만들어서 고분자 전해질 막 위에 뿌렸다. 이런 방식은 백금이 균일하게 뿌려지지 않아 효율이 떨어졌다.

 최 교수 연구팀과 성 교수 연구팀이 개발한 기술을 활용해 마이크로·나노 크기의 다층 구조물을 제작하면 백금을 여러 층으로 균일하게 쌓아 올릴 수 있다.

 이러면 백금이 수소와 닿는 면적이 넓어져 같은 백금과 수소의 양으로 더 많은 전자를 뽑아낼 수 있게 된다.

 연구팀은 다양한 스케일의 마이크로·나노 구조 패턴이 함유된 3층 구조의 나피온 박막을 제작해 연료전지에 적용한 결과 기존보다 전력밀도가 40% 이상 향상되는 것을 확인했다.

 성 교수는 "백금이라는 비싼 재료의 효율을 높임으로써 수소 연료전지 자동차의 가격을 한층 낮출 수 있을 것으로 기대한다"며 "연료전지 뿐 아니라 광산란 특성을 극대화 한 광학필름, 배터리 분리막 등 다층 멀티스케일 구조를 적용한 새로운 소자의 개발도 기대된다"고 전했다.

 이번 연구는 글로벌프론티어 멀티스케일 에너지시스템 연구단과 기초과학연구원 나노입자연구단의 지원으로 진행됐으며 이번 연구결과는 국제 학술지인 '네이처 커뮤니케이션스(Nature Communications)' 28일자 온라인판에 게재됐다.

 jinxijun@newsis.com
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