나노기술 이용 연료전지 연구 ‘러시’
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수소에너지를 이용한 연료전지(Fuel Cells) 기술개발이 활발히 이뤄지고 있다.


특히 나노기술을 적용, 금속을 나노 크기의 분발로 제조해 적은양의 금속으로 더 큰 효과를 발현하기 위한 기술이 증가추세를 보이고 있다.


연료전지는 작동온도와 전해질(Electrolyte)의 종류에 따라 분류되며, 현재 자동차, 가정용 전원 및 휴대전자기기의 전원으로 사용될 수 있는 고분자 전해질형과 직접 메탄올형의 연구가 활발히 이뤄지고 있다.


24일 특허청에 따르면 나노기술을 이용한 연료전지 관련 특허출원은 지난 ‘00년부터 ’04년까지 5년간 총 88건이 출원됐다. 또 ‘01년 이후의 출원이 전체 출원의 80.7% 이상을 나타내면서 최근 고유가로 인한 대체에너지에 대한 기술개발의 관심을 알 수 있다.




나노기술을 이용한 연료전지 관련 연도별 내·외국인 특허출원 동향


나노기술은 90년대초부터 연구가 시작돼 ‘00년부터는 소재 자체의 개발을 지나 실용화 단계에 접어들고 있다. 작년까지의 출원된 총 88건 가운데 내국인 출원은 67건으로 76.1%, 외국인 출원은 21건으로 23.9%를 차지했다.


나노기술을 이용한 연료전지 관련 특허출원의 주요기술별은 금속분말을 이용한 촉매기술이 24건으로 약27.3%, 탄소소재를 이용한 촉매담체 기술은 23건, 약26.1%를 차지해 전체 출원 88건의 절반이상인 53.4%를 차지한다. 이밖에 연료전지에서 전해질과 수소저장의 중요성이 증가하면서 이들 분야의 출원도 증가하고 있다.


특허청 관계자는 “우리나라를 비롯한 세계 각국은 배출권 거래제의 시행을 앞두고 화석연료의 사용을 줄여 고유가와 환경문제를 동시에 해결할 수 있는 대체에너지 개발에 총력을 기울이고 있다”며 “대체에너지 기술 중 가장 각광받고 있는 연료전지는 미국, 캐나다, 독일 등 선진국에서는 이미 부분적으로 상용화가 이뤄지고 있다”고 말했다.


그는 또 “우리나라에서는 대기업과 연구소를 중심으로 활발한 연구가 이루어지고 있으나 연구, 개발수준이 아직 초기단계에 머물고 있다”면서 “정부가 지난 2003년 연료전지를 10대 성장 동력의 하나로 선정, 기술개발에 관심을 기울이면서 이 분야도 기술우위를 통한 국가경쟁력 향상에 이바지 할 것”으로 예상했다.


연료전지에 사용되는 나노기술은 온실가스 배출로 인한 지구 온난화, 기후변화 및 환경오염을 줄이고 인류의 주에너지원인 석유와 석탄 같은 화석연료를 대체할 차세대 에너지로 주목받고 있다.


<나노기술을 이용 연료전지><</b>


수소를 전자와 수소 양이온(Proton)으로 분리, 전자가 전기회로를 따라 전달되게 함으로써 전기를 발생시킨다. 분리된 수소 양이온은 전해질을 따라 전달돼 분리된 산소 음이온과 결합함으로써 안정된 물질 즉, 물로 전환된다.


연료전지는 지난 1893년 영국의 Sir Grove에 의해 원리가 발견·시현된 이후 ‘50년대 미국 NASA의 제미니/아폴로 우주선 개발계획에 의해 획기적인 발달이 이뤄졌다. ’90년대에는 GE 같은 다국적기업에 의해 대체 에너지원으로 인정받아 발전소, 자동차, 가정용 전원 및 휴대전자기기 등의 전원으로 다양한 연구가 진행중이다.


나노기술을 이용한 연료전지 가운데 촉매담체 분야에서는 나노 크기의 기공으로 표면이 이뤄져 높은 표면적을 갖는 탄소소재를 이용, 높은 분산력을 나타내도록 사용된다.


전해질은 대부분 고분자화합물로 구성되나 직접 메탄올형 연료전지의 경우 반응하지 않은 메탄올이 전해질을 통과하는 현상을 막기 위해 무기물 나노 분말이 고분자화합물과 혼합돼 전해질을 제조하는데 사용된다.


양극판은 탄소 나노튜브나 탄소 나노분말을 이용해 경량이면서 높은 전도성을 갖게 제조되며 탄소 나노튜브는 연료전지뿐만 아니라, 수소에너지의 상용화에 필수적인 수소저장물질로서 이용된다.


고분자 전해질형 및 직접 메탄올형 연료전지의 핵심기술 및 부품은 금속촉매(Catalyst) 및 촉매담체(Catalyst support)를 포함하는 양극(+)과 음극(-), 고분자 화합물을 사용하는 전해질(Membrane) 및 양극, 음극 및 전해질을 결합시킨 MEA(Membrane Electrolyte Assembly)가 있고 또한, MEA를 양쪽에서 탄소판이나 금속판으로 덮어 보호하는 양극판(Bipolar plate), 전기적 제어부품(Control part) 및 수소저장(H2 storage) 기술 등이 필요하다.


나노기술은 ‘91년 일본의 Ijima에 의해 직경이 나노 크기인 탄소튜브(Carbon nanotubes)가 발견된 후, 일정 크기 이하로 제조된 물질이 가지는 성질을 이용하기 위해 금속 및 무기물 분발, 탄소흡착제 등의 분야에서 지난 10여 년간 꾸준히 연구됐다.




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  • 기사등록 2005-04-24 11:22:39
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