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[IT뉴스]동결건조 과일 영감받아 수소차 연료전지 성능 한계 돌파

온카뱅크관리자

2026-01-15 10:47:31

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        <div class="article_view" data-translation-body="true" data-tiara-layer="article_body" data-tiara-action-name="본문이미지확대_클릭"> 
         <section dmcf-sid="2tnb205TeG">
          <figure class="figure_frm origin_fig" contents-hash="f4510ce9ef4e694e322671579a809baf55956718cecf040317d94811bfe74b52" dmcf-pid="VFLKVp1yJY" dmcf-ptype="figure">
           <p class="link_figure"><img alt="왼쪽부터 박찬호 GIST 화학과 교수, 정현승 연구원, 문승현 환경·에너지공학과 초빙석학교수, 김재훈 포스코 홀딩스 연구원, 이승태 GIST 석사과정생. GIST 제공" class="thumb_g_article" data-org-src="https://t1.daumcdn.net/news/202601/15/dongascience/20260115104144280crdi.jpg" data-org-width="680" dmcf-mid="9dYcDnRfRH" dmcf-mtype="image" height="auto" src="https://img3.daumcdn.net/thumb/R658x0.q70/?fname=https://t1.daumcdn.net/news/202601/15/dongascience/20260115104144280crdi.jpg" width="658"></p>
           <figcaption class="txt_caption default_figure">
            왼쪽부터 박찬호 GIST 화학과 교수, 정현승 연구원, 문승현 환경·에너지공학과 초빙석학교수, 김재훈 포스코 홀딩스 연구원, 이승태 GIST 석사과정생. GIST 제공
           </figcaption>
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          <p contents-hash="58b5c92542679c939374064e26b331d4f3f78323debf3db4b68d4d5f26dc782f" dmcf-pid="f3o9fUtWnW" dmcf-ptype="general">국내 연구팀이 동결건조 과일처럼 내부에 구멍이 많은 다공성 구조를 활용해 연료전지의 성능을 끌어올리는 데 성공했다.</p>
          <p contents-hash="2b6064d0dccd65cb213798e35c260c0460cc50dc47ab82119a3023a13af71ef6" dmcf-pid="40g24uFYdy" dmcf-ptype="general"> 광주과학기술원(GIST)은 박찬호 화학과 교수와 문승현 환경·에너지공학과 초빙석학교수, 김재훈 포스코 홀딩스 연구원 공동연구팀이 연료전지 전극 설계에 다공성 구조를 적용해 전극 출력과 안정성을 동시에 높이는 '막-전극 접합체(MEA)' 구조를 개발했다고 15일 밝혔다. 연구결과는 지난달 16일(현지시간) 국제학술지 '케미컬 엔지니어링 저널'에 공개됐다.</p>
          <p contents-hash="0ccb76c0e2ec4a126fa6b22a3f4e6244f4c06c6aa9b91fffa2df9a3dd0648da8" dmcf-pid="8paV873GnT" dmcf-ptype="general"> 연료전지는 화학에너지를 직접 전기에너지로 전환하는 장치다. 고분자전해질막 연료전지(PEMFC)는 수소를 활용해 전기를 만들고 배출가스 없이 물만 내보내는 친환경 기술로 수소 전기차를 포함한 중대형 운송수단에 폭넓게 활용된다.</p>
          <p contents-hash="6e9baa3891596371ee270cb98a5a201d5a994211c1e80ff9828c0d7052c9b366" dmcf-pid="6UNf6z0HLv" dmcf-ptype="general"> PEMFC는 값비싼 백금 촉매 사용량을 줄이면서도 높은 출력과 장기 안정성을 동시에 확보하는 것이 과제다. 기존 구조에서는 삼상계면이 2차원이라는 한계가 있어 가스 확산과 이온 전달이 원활하지 않고 안정성이 떨어진다는 한계가 있다.</p>
          <p contents-hash="4725f2f3c5ea93e7e7c2cbfc29e83c3dada9dfac43022749774152af5e191a9e" dmcf-pid="Puj4PqpXiS" dmcf-ptype="general"> 삼상계면은 연료전지에서 산소환원반응이 실제로 일어나는 연료전지의 핵심 공간으로 삼상계면에 분포한 백금 촉매에서 산소와 수소이온이 결합해 물이 생성된다. 삼상계면의 유효 면적과 구조가 연료전지 성능을 좌우하기 때문에 삼상계면과 전해질막의 접촉 면적을 얼마나 넓고 안정적으로 확보하느냐가 고성능 막-전극 접합체 설계의 핵심 과제로 꼽힌다.</p>
          <p contents-hash="a3f743c714f3ea800ae5ed04da621acabbe4fc59a9a7b86352d3188e46fde3d8" dmcf-pid="Q7A8QBUZdl" dmcf-ptype="general"> 연구팀은 연료전지 반응의 핵심 공간인 삼상계면을 평면에서 입체로 확장했다. 얼음이 한쪽 방향으로 성장하면서 내부에 벌집 모양처럼 정렬된 구멍이 만들어지도록 유도하는 '동결 주조'와 '동결건조' 공정을 결합해 전극을 제조한다는 아이디어다.</p>
          <p contents-hash="25fd88c3b6beb5ea29e43dcb9c710ce8f10286d768d2ef7027148785401fd86c" dmcf-pid="xzc6xbu5Rh" dmcf-ptype="general"> 다공성 구조 덕분에 촉매층 내부에서 가스가 원활히 이동하며 확산이 극대화된다. 산소 확산과 물 배출을 원활하게 해 반응 효율을 높인다. 또 전해질 고분자가 다공성 촉매층 내부까지 스며들어 막과 전극이 3차원으로 맞물리도록 하는 '직접 전해질막 증착' 기법을 적용해 계면의 결착력을 강화했다. 전자와 수소 이온의 이동 경로를 동시에 개선한다.</p>
          <p contents-hash="67af84d8fb4531971a769a05c5182d8052edcb5f8ea1bb1f3f8745e86d83eef7" dmcf-pid="yEuSyrcniC" dmcf-ptype="general"> 성능 시험 결과 기존 막-전극 접합체 구조보다 출력밀도가 10% 이상 향상된 것으로 나타났다. 같은 면적에서 더 많은 전기를 생산할 수 있다는 뜻이다. 백금 촉매를 늘리지 않고 설계 구조 변화만으로 달성됐다는 점에서 산업적 가치가 높다는 평가다.</p>
          <p contents-hash="050501a6f9a5d95543bb8fdcb02b58053705cec68c17cd9e1adb242974db46b0" dmcf-pid="WbDxe2qFMI" dmcf-ptype="general"> 개발된 기술은 상용화 시 전기차와 트럭 등 이동형 연료전지 시스템 등에 활용될 것으로 전망된다. GIST는 "연구성과에 대한 기술이전 관련 협의는 기술사업화센터(hgmoon@gist.ac.kr)를 통해 진행할 수 있다"고 밝혔다.</p>
          <p contents-hash="f521acd7d336cdd3f289c6b5fcc79075b68123c77a46bbc0f7da6a7ccdcbe98e" dmcf-pid="YKwMdVB3nO" dmcf-ptype="general"> 박 교수는 "동결 주조와 직접 막 증착을 결합한 일체형 구조를 통해 가스, 전자, 수소 이온의 이동 경로를 동시에 최적화할 수 있었다"며 "새로운 전극·막 제조 공정을 제시했다는 점에서 향후 전극 구조 개발의 방향성을 제시하는 중요한 연구"라고 말했다.</p>
          <p contents-hash="8f6e760a0511dd76f7173f03e86eaf44a08a85be5e97ba92e010fa2cd4a782ec" dmcf-pid="G9rRJfb0is" dmcf-ptype="general"> &lt;참고 자료&gt;<br> - doi.org/10.1016/j.cej.2025.171993</p>
          <p contents-hash="d9863736a5e82963018585e05126ef27f00986ca6d4cf18101f2cc47ae0b0db6" dmcf-pid="H2mei4KpMm" dmcf-ptype="general">[이병구 기자 2bottle9@donga.com]</p>
         </section> 
        </div> 
        <p class="" data-translation="true">Copyright © 동아사이언스. 무단전재 및 재배포 금지.</p>

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