[국토경제신문 최지희 기자] 연료전지 제조단가를 낮출 수 있는 기술이 국내 연구진에 의해 개발됐다. 

한국에너지기술연구원은 한양대와의 공동연구를 통해 고분자 연료전지 전극 내 백금 사용량을 저감할 수 있는 막전극접합체(MEA) 제조 원천기술을 개발했다고 2일 밝혔다. 
MEA는 연료전지 전극과 전해질막이 접합된 핵심 부품이다.
수소와 산소가 반응, 실제 전기화학반응이 일어나 전기를 만드는 부분이며 연료전지 스택 원가의 약 40%를 차지한다.

고분자 연료전지는 수송용·건물용 발전을 위한 차세대 에너지 변환장치로 주목을 받고 있다. 
고분자로 이뤄진 막을 전해질로 사용하는 연료전지로, 저온에서 반응이 일어나며 높은 에너지밀도와 효율을 가져 교통수단 동력, 현지 설치형 발전 등 활용범위가 넓다는 장점이 있다.

고분자 연료전지에서 전극은 백금 촉매와 나피온 이오노머가 혼합돼 있는 형태로 제작된다. 
이오노머는 수소이온을 촉매층 내부로 전달하는 한편, 촉매층을 서로 붙여주는 접착제 역할을 한다. 
촉매 슬러리 분산·코팅·건조과정에서 이오노머의 응집현상이 일어나 백금 촉매 접근성이 악화돼 산소 전달 저항이 증가하고 촉매의 활성을 떨어뜨렸다.  

고분자 연료전지 제조단가를 낮추기 위해 백금 사용량을 줄이면서도 산소 전달 저항을 최소화할 수 있도록 에기연 연료전지실증연구센터 정치영 박사 연구팀은 습식 전기분무 공정을 통해 전극 표면에 이오노머를 정밀제어해 얇고 균일한 나피온 이오노머를 형성하는 새로운 수직구조의 전극을 설계했다. 

백금 촉매, 나피온 이오노머, 공극을 수직으로 배열해 반응에 필요한 이온, 전자, 산소의 이동거리를 최적화함으로써 연료전지성능을 극대화한 것이다. 

습식 전기분무 공정은 전극 제조공정 중 촉매와 이오노머의 고분산을 지속적으로 유지하는 것이 가능해 산소 이동거리를 기존의 20~30% 수준으로 낮춰 백금 촉매의 이용률을 기존 대비 3배 이상으로 높일 수 있다. 

에기연 정치영 박사는 “이번 연구를 통해 차량용·건물용 연료전지 MEA 단가를 30% 이상 저감할 수 있는 차세대 전극 제조 원천기술이 확보됐다”고 말했다.