대학소식

최경만 교수팀, 소형 고체 산화물 연료전지 개발

2016-03-08507
 1시간 이상 날 수 있는 드론 만들 연료전지 “나왔다”

최경만 교수, 김건중 학생
 * 사진 설명: 최경만 교수, 김건중 씨 (좌로부터)
 
간단한 조작만으로 하늘에 띄우는 소형 무인항공기 “드론”은 항공촬영에서부터 재난현장 수색, 택배까지 다양한 분야에 활용되며 신성장 분야로 주목을 모으고 있다. 하지만, 드론의 가장 큰 단점은 배터리 용량이 적어 1시간이 채 되지 않는 짧은 비행시간이었다. 이러한 드론의 문제점을 해결할 수 있는 ‘연료전지’가 POSTECH 연구팀을 통해 개발됐다.
 
신소재공학과 최경만 교수통합과정 김건중씨 팀은 스마트폰, 노트북, 드론이나 초소형 기기에 리튬 배터리를 대체할 수 있을 소형 고체산화물 연료전지를 개발, 네이처 자매지인 사이언티픽 리포트 3월호를 통해 발표했다.
 
이번 성과는 소형 연료전지 뿐만 아니라, 자동차에 적용할 수 있는 대용량 연료전지로도 활용가능하다는 점에서 앞으로의 가능성을 더 높게 평가받고 있다.
 
고체산화물 연료전지는 3세대 연료전지로도 불리며, 고체산화물을 전해질로 사용해 다른 연료전지들에 비해 구조가 간단하고 전해질의 손실이나 부식의 문제가 없어 활발하게 연구되고 있는 연료전지 중 하나다. 이 연료전지는 공기 중의 산소이온이 전해질을 통해 연료극으로 이동해 음극의 수소와 반응하여 전류를 발생하는데, 통상 소형 산화물 연료전지에는 실리콘을 지지체로 사용해왔다. 그러나 이 방법은 전해질과의 열팽창 차이 등으로 인해 급격한 열화현상을 보이거나 내구성이 떨어져 실제 활용하기엔 어렵다는 문제가 있었다.
 
연구팀은 열이나 기계적 충격에 강하고 산화나 환원 반응에 안정성이 높은 스테인리스를 다공성 지지체로 만들고, 여기에 열용량을 최소화한 박막을 코팅해 성능과 내구성을 동시에 높일 수 있는 기술을 세계 처음으로 개발했다. 물론, 여기에 활용되는 기판은 테이프캐스팅-압착-동시소결 방식을 이용해 대형화는 물론 상용화에도 대응할 수 있도록 했다. 
 
이 연료전지는 550도에서 ~560 mW cm-2의 높은 출력밀도를 보여 고속 구동과 고 성능을 동시에 필요로 하는 스마트폰이나 노트북, 드론과 같은 이동용 전자기기에 적합할 뿐 아니라, 가격도 저렴하고 차세대 자동차용 전원으로 활용할 수 있는 대형 연료전지로도 개발이 가능할 것으로 연구팀은 전망했다.
 
이 연료전지를 이용하면 1시간 이상 하늘을 날 수 있는 드론은 물론, 1주일에 한 번만 충전해도 충분히 활용할 수 있는 스마트폰도 나올 수 있을 것으로 기대된다.
 
한편, 이번 연구성과는 미래창조과학부와 한국연구재단이 추진하는 일반연구자과제의 지원으로 수행됐다.