KIST, 이오노머의 미세다공성 구조에 영향 미치는 분산용매 파라미터 발견…수소차를 넘어 수소 트럭·비행기 시대로

[테크월드뉴스=장민주 기자] 한국과학기술연구원(KIST)은 물질구조제어연구센터 이성수 박사팀이 로스알라모스 연구소 (LANL) 김유승 박사팀과의 공동연구를 통해 고분자전해질 연료전지의 성능향상에 핵심역할을 하는 이오노머의 미세다공성 구조를 조절할 수 있는 플랫폼을 개발했다고 18일 밝혔다.

포스폰산(RPO3H2)을 함유하는 고분자와 설폰산(RSO3H)을 함유하는 고분자를 조합하면 산의 세기가 더 센 설폰산의 수소가 포스폰산으로 전달되고 양성자화된 포스폰산 이오노머를 형성한다.

이러한 복합 이오노머를 사용하면 물 없이도 이온전도가 가능해 고온·무가습 조건에서 높은 수소연료전지 성능을 보인다. 여기에 반응기체인 수소와 산소의 접근성을 높인다면 더 높은 성능 향상을 기대할 수 있다.

KIST-LANL 공동연구진은 복합 이오노머가 미세다공성 구조를 가지도록 해 반응기체의 접근성을 유도했다.

연구진은 분산 용매의 pKa(산의 세기)와 포스폰산 이오노머 미세다공성 구조 사이에 직접적인 상관관계를 밝혔다. 이후 고온·수소연료전지의 성능평가를 통해 복합 이오노머의 미세다공성 구조가 연료전지의 성능에 긍정적인 영향을 미치는 것을 확인했다.

KIST 이성수 박사는 “이번 성과는 고온·수소연료전지에서 이오노머 분산 용매의 pKa의 중요성을 발견한 것”이라며, “소형 이동 수단 뿐만 아니라 트럭이나 선박 등과 같은 대형 모빌리티로 수소연료전지의 활용처를 넓혔다”고 말했다.