한국공학대, 세계 최고 효율 AEM-URFC 전극 구조 개발 '눈길'

AEM-URFC 전극 효율 59.2% 달성...고전류밀도에서도 성능 유지
촉매·이오노머 혼합층+탄소나노튜브층 이중 설계 적용
수소차, 재생에너지 발전소, 분산형 전력망 등 활용 가능성

권태혁 기자 | 2025.08.14 17:21

박지은 한국공학대 융합기술에너지대학원 교수, 나금비 서울대 박사과정, 이경아 박사, 기민석 한국공학대 융합기술에너지대학원 석사과정, 이대현 생명화학공학과 학생.(왼쪽부터)/사진제공=한국공학대

한국공학대학교는 최근 박지은 융합기술에너지대학원 교수 연구팀이 차세대 친환경 에너지 장치인 '음이온 교환막 일체형 재생연료전지'(Anion Exchange Membrane-Unitized Regenerative Fuel Cell, 이하 AEM-URFC)의 효율을 세계 최고 수준으로 끌어올리는 전극 구조를 개발했다고 14일 밝혔다.

AEM-URFC는 하나의 장치에서 물을 수소로 변환하는 수전해와 수소를 전기로 변환하는 연료전지 기능을 모두 수행하는 시스템이다. 재생에너지로 생산된 전기를 수소 형태로 저장했다가 필요할 때 전기로 재사용할 수 있다. 잉여 전력 활용과 친환경 수소 생산에 적합하지만 기존 장치는 값비싼 귀금속 촉매와 낮은 효율로 상용화에 한계가 있었다.

연구팀은 전극을 안쪽 촉매층과 바깥 탄소나노튜브층으로 구성한 이중층 구조를 적용했다. 안쪽은 연료전지 작동 시 성능을 높이는 촉매와 이오노머 혼합층이며, 바깥은 수전해 작동 시 전기 흐름을 원활하게 하는 탄소나노튜브 구조로 이뤄졌다.

실험 결과, 에너지 전환 효율(Round-Trip Efficiency)은 59.2%로 세계 최고 수준을 기록했다. 또 750mA/cm²의 높은 전류밀도 조건에서도 효율을 유지하며 구동 가능성을 확인했다.

박 교수는 "친환경 수소에너지를 보다 효율적이고 경제적으로 사용할 수 있는 길이 열렸다"며 "향후 수소차, 재생에너지 발전소, 분산형 전력망 등 다양한 분야에 적용될 수 있을 것"이라고 설명했다.

한편 이번 연구에 기민석 한국공학대 석사과정, 이대현 생명화학공학과 학생과 이경아 서울대 박사(제1저자), 나금비 박사과정 등이 참여했다.

연구 결과는 'Realizing Breakthrough Round-Trip Efficiency of the Anion-Exchange Membrane-Unitized Regenerative Fuel Cell Double-Layer Oxygen Electrode with a Carbon Nanotube Skeleton'이라는 제목으로 화학공학 분야 국제학술지 'ACS Catalysis'(IF=13.1)에 게재됐다.