조선대학교(총장 김춘성) 기계공학과 정성용 교수 연구팀이 수소연료전지의 핵심 부품 중 하나인 ‘가스확산층(GDL)’의 손상으로 인한 성능 저하 문제를 해결할 새로운 복원 기술을 개발했다.
이번 연구 성과는 에너지전환 분야 국제전문학술지 『Energy Conversion and Management』(JCR 상위 2%)에 게재됐다.
연구팀은 기존에는 복구가 불가능하다고 여겨졌던 손상된 가스확산층에서도 연료전지 성능을 최대 66%까지 회복하는 데 성공하며, 수소연료전지의 수명 연장과 유지비 절감 가능성을 처음으로 제시했다.
특히 연료전지 내부에 물이 고이면 가스가 통하지 않아 전기가 잘 생성되지 않는 현상에 주목했다. 정성용 교수(교신저자)와 김지연 대학원생(제1저자)은 연료전지 내부의 공기 흐름에 ‘소리의 진동(음향 압력파)’을 더해, 전지 내부에 뭉친 물방울을 진동·분산시켜 원활히 배출되도록 하는 데 성공했다.
그 결과, 고습·저온 환경에서도 연료전지 성능을 저하시키는 ‘플러딩(Flooding)’ 현상이 발생해도 전지 성능이 안정적으로 유지됐으며, 전극 반응 속도와 배수 효율이 향상되는 효과를 동시에 얻었다.
이 기술은 전지를 교체하거나 값비싼 부품을 새로 제작할 필요 없이 전지 외부에 작은 장치를 부착하는 것만으로 적용할 수 있어 실용성이 매우 높다.
또한 물 고임으로 성능이 저하되는 열교환기, 배터리, 의료용 미세 장치 등 다양한 장치에서도 폭넓게 사용할 수 있을 것으로 전망된다.
정성용 교수는 “이번 연구는 그동안 되돌릴 수 없다고 여겨졌던 연료전지의 ‘비가역적 열화’ 문제를 해결할 수 있음을 처음으로 제시했다는 데 큰 의의가 있다”며, “향후 이 기술이 상용화된다면 수소연료전지의 수명 연장과 유지비 절감에 기여함은 물론, 수소경제 활성화와 탄소중립 사회 실현에도 속도를 더할 것”이라고 말했다.
