가볍고 구부릴 수 있는 빨대 모양 초소형 연료전지 개발

IBS·강원대 "종이접기 원리 접목…스마트폰·드론 등에 활용 기대"

기초과학연구원(IBS)은 나노입자 연구단 성영은 부연구단장과 강원대 조용훈 교수 공동 연구팀이 부피와 무게를 획기적으로 줄인 초소형 연료전지를 개발했다고 8일 밝혔다.

수소와 산소의 전기화학 반응을 통해 전기를 만드는 연료전지는 오염물질을 배출하지 않아 차세대 친환경 에너지원으로 주목받고 있다.

연료전지는 양 끝판과 분리막, 실제 전기를 만드는 막전극접합체(MEA)로 이뤄져 있다.

끝판은 막전극접합체에 균일한 압력을 전달하며, 분리막은 수소와 산소를 섞이지 않게 하는 역할을 한다. 두 부품은 전체 무게의 80%를 차지하는데, 경량화에 한계가 있었다.

연구팀은 무거운 양 끝판과 분리판의 역할을 축소해 연료전지를 경량화할 방법을 제안했다.

종이컵을 쌓듯 원추형 유닛을 쌓아 올려 서로 이어주면 양 끝판을 제거해도 형태가 유지된다.

또 관 안쪽을 수소의 통로로, 바깥쪽은 산소 공급 면으로 활용해 분리판 역할도 대신할 수 있다.

이런 방식으로 막전극접합체를 제외한 부품의 무게를 60% 이하로 줄이는 데 성공했다.

특히 종이접기 주름을 따라 접으면 부피를 절반 수준으로 줄일 수 있으며, 빨대처럼 유연하게 구부러지면서도 성능은 그대로 유지된다고 연구팀은 설명했다.

스마트폰이나 드론 등 휴대용 소형 전자기기에 적용할 수 있을 것으로 기대된다.

성영은 부연구단장은 “종이접기 원리를 접목해 가볍고 구부릴 수 있는 빨대 모양 연료전지를 개발했다”며 “혁신적인 디자인을 통해 연료전지 분야 발전에 기여할 것”이라고 말했다.

이번 연구 성과는 국제 학술지 ‘미국화학회 에너지 레터스'(ACS Energy Letters) 지난달 19일 자 온라인판에 실렸다.

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