< 연구 개념도 >

수소연료전지는 자동차, 버스, 트럭 등을 운행하면서 배기가스를 배출하지 않는 친환경 동력원이다. 그러나 연료전지 내부에서 전기와 열을 전달하고 수소와 공기의 흐름을 관리하는 핵심 부품인 분리판은 수소연료전지의 대량생산과 상용화를 어렵게 하는 요소 중 하나이다. 기존 분리판은 주로 무거운 금속이나 깨지기 쉬운 흑연으로 제작되며, 가격이 높고 대량으로 생산하기 어렵다는 한계가 있다.

< (왼쪽부터) 김성수교수, Abdalla Ahmed 방문교수 >

우리 대학 기계공학과 김성수 교수 연구팀은 이러한 문제를 해결하기 위해 가볍고 강하면서도 전기와 열을 효과적으로 전달할 수 있는 새로운 복합재 분리판을 개발했다. 핵심은 서로 다른 탄소 소재의 장점을 결합한 독창적인 샌드위치 구조이다. 중앙에는 카본블랙과 환원 그래핀 산화물로 만든 초박형 흑연화 시트를 배치하고, 그 양쪽에는 다중벽 탄소나노튜브가 고르게 분산된 팽창흑연층을 형성했다. 전체 구조는 열과 화학물질에 강한 고성능 고분자인 폴리벤족사진을 이용해 하나로 결합했다.

개발된 분리판은 전기전도성, 내식성, 수소 차단성, 방열성 및 기계적 강도 등 연료전지 분리판에 요구되는 주요 성능에서 우수한 결과를 보였으며, 미국 에너지부(U.S. Department of Energy)의 주요 성능 목표를 충족하거나 초과했다. 또한 기존 복합재 분리판보다 적은 양의 소재를 사용하면서도 상대적으로 낮은 압력에서 제조할 수 있어, 생산에 필요한 에너지와 공정 부담을 줄일 가능성을 제시했다. 본 연구는 고성능과 제조 효율성을 동시에 확보한 복합재 분리판을 통해 수소연료전지의 대량생산과 상용화 가능성을 높였다는 점에서 의미가 있다.

어드밴스드 컴포짓 앤 하이브리드 머티리얼즈(Advanced Composites and Hybrid Materials, IF 21.8)’에 2026년 7월 13일 자로 게재되었다.

※ 논문명 : Polybenzoxazine composite bipolar plates with hierarchical sandwich architecture of freestanding laser-induced graphitized sheet core and MWCNT-dispersed expanded graphite skin layers for PEMFCs

DOI : https://doi.org/10.1007/s42114-026-01962-w

출처 : https://researchnews.kaist.ac.kr/researchnews/html/news/?mode=V&mng_no=65330