[한국기술뉴스] 인천대학교 김태현 교수 연구팀은 수소 연료전지의 안정성과 성능을 높이는 나피온 복합막 장치를 개발했다. 개발된 기술은 인천대학교 산학협력단을 통해 2021년 10월 07일 특허를 출원(출원번호 제1020210133118호)했다. 특허 명칭은 '나피온 복합막용 필러, 이를 포함하는 나피온 복합막, 및 이를 포함하는 수소이온 교환막’이다. 현재 특허 등록이 완료돼 산업에서 기술을 활용할 수 있도록 기술이전을 추진할 계획이다.

[기자]

수소이온교환막은 수소를 사용한 연료전지와 수소의 생산 과정에서 사용되는 핵심 부품입니다. 수소이온교환막은 연료전지와 수전해의 성능에 큰 영향을 끼치기 때문에 우수한 이온 전도도와 물리화학적 안정성을 지닌 수소이온교환막을 개발하기 위한 연구가 진행되고 있습니다. 현재는 높은 이온 전도도와 우수한 안정성을 지닌 나피온을 소재로한 수소이온교환막을 주로 사용하고 있습니다. 하지만 나피온 기반의 수소이온교환막은 고온에서 수소의 크로스오버가 발생할 수 있어 성능과 내구성이 크게 떨어질 수 있습니다.

인천대학교 김태현 교수 연구팀은 폴리도파민 필러를 사용해 안정성과 성능을 높인 나피온 복합막을 개발했습니다.

폴리도파민은 홍합의 독특한 수중 접착성을 모방해 만든 단백질입니다. 폴리도파민으로 코팅을 하면 기계적 성능을 높이고 수소 투과도를 낮춰 이온전도도를 높일 수 있습니다.

연구팀이 실험을 통해 폴리도파민 필러를 사용한 나피온 복합막의 성능을 확인한 결과 기계적 특성과 이온전도도가 크게 향상되었습니다. 또한, 산화 안정성이나 가수분해 안정성이 강화되었으며 수소 투과도를 크게 감소시키는 것이 확인되었습니다.

연구팀은 개발된 나피온 복합막을 이용해 연료전지와 수전해 전지를 제작한 후 성능을 확인했습니다. 연료전지는 기존의 것에 비해 전도도가 20% 가량 향상되어 우수한 셀 특성을 지닌 것이 확인되었습니다. 또한, 수전해 전지의 경우 낮은 수소 투과성에 의해 고온에서 발생하는 수소 크로스오버 현상이 크게 개선돼 우수한 성능과 내구성을 보였습니다.

본 발명품을 통해 연료전지와 수전해 전지의 성능 및 안정성을 향상시킬 수 있어, 수소자동차와 같이 수소 에너지 및 수소연료를 사용한 제품의 성능과 내구성을 높일 수 있을 것으로 기대됩니다.