본 연구실은 고분자 전해질 막 연료전지(PEMFC)와 고분자 전해질 수전해조(PEMWE)의 성능 향상과 내구성 증진을 위한 다양한 연구를 수행하고 있습니다. 연료전지는 수소와 산소의 전기화학적 반응을 통해 친환경적으로 전기를 생산하는 장치로, 특히 PEMFC는 낮은 작동 온도와 빠른 시동 특성으로 인해 상용화가 활발히 이루어지고 있습니다. 연구실에서는 연료전지의 활성화 및 열화 현상에 대한 실험적·이론적 분석을 통해, 다양한 활성화 기법의 비교와 경제적·효율적 성능 개선 방안을 모색하고 있습니다. 또한, 연료전지의 수명 평가를 위한 열화 프로토콜 개발과 AST(Accelerated Stress Test) 기법을 적용하여 내구성 향상에 기여하고 있습니다. 수전해 시스템 분야에서는 PEMWE의 효율적 수소 생산을 위한 전해조 구조 및 운전 조건 최적화 연구를 진행 중입니다. PEMWE는 높은 전류 밀도를 구현할 수 있어 시스템 소형화가 가능하지만, 촉매에 고가의 재료가 사용되는 한계가 있습니다. 이에 따라, 연구실에서는 유로 채널 설계, 촉매층 및 전극 구조 개선, 운전 조건 변화에 따른 효율 분석 등을 통해 수소 생산 단가 절감과 시스템 효율 극대화를 목표로 하고 있습니다. 실험과 시뮬레이션을 병행하여, 실제 산업 현장에 적용 가능한 기술 개발에 집중하고 있습니다. 이러한 연구는 미래 수소 경제 활성화와 친환경 에너지 전환에 핵심적인 역할을 하며, 연료전지 및 수전해 시스템의 상용화와 시장 확대에 크게 기여할 것으로 기대됩니다. 또한, 관련 특허 출원 및 기술 이전을 통해 산업계와의 협력도 활발히 이루어지고 있습니다.

연구실은 전기화학적 압축기를 기반으로 한 친환경 냉동 및 히트펌프 시스템 개발에 주력하고 있습니다. 전기화학적 압축기는 수소 및 암모니아 등 다양한 가스를 전기화학 반응을 통해 압축하는 장치로, 기존의 기계식 압축기와 달리 움직이는 부품이 없어 에너지 효율이 높고 유지보수 비용이 낮다는 장점이 있습니다. 연구실에서는 수소 및 암모니아 전기화학적 압축기 개발과 더불어, 이를 활용한 고효율 자연냉매 히트펌프 시스템, 확산흡수식 냉동사이클 등 다양한 응용 시스템을 연구하고 있습니다. 이러한 기술은 온실가스 저감과 에너지 절감에 크게 기여할 수 있습니다. 특히, 유기 랭킨 사이클(ORC) 및 더블 이펙트 흡수식 냉동사이클 등 저온 폐열을 활용한 열역학 사이클의 최적화 연구도 활발히 이루어지고 있습니다. ORC 시스템에서는 연료전지에서 발생하는 저온 폐열을 회수하여 추가적인 전력 생산을 도모하며, 다양한 팽창기와 냉매를 적용하여 효율 극대화를 추구합니다. 더블 이펙트 흡수식 냉동사이클에서는 다양한 작동 유체 조합과 운전 조건 변화에 따른 성능 변화를 분석하고, 연료전지 폐열을 열원으로 활용하는 하이브리드 시스템 개발에도 집중하고 있습니다. 이러한 연구는 친환경 에너지 시스템의 실현과 에너지 자원의 효율적 활용에 중요한 역할을 하며, 관련 특허 및 논문 발표를 통해 국내외 학계와 산업계에서 높은 평가를 받고 있습니다. 또한, 실제 산업 현장 적용을 위한 시제품 개발과 실증 연구도 병행하고 있습니다.

본 연구실은 전기차(EV) 및 에너지 저장 시스템(ESS)의 열관리와 안전성 향상을 위한 다양한 연구를 수행하고 있습니다. 전기차의 경우, 모터 및 배터리의 열적 안정성 확보가 차량의 성능과 안전성에 직결되기 때문에, 3차원 모델링과 실험을 통한 모터 오일 냉각 시스템의 최적화, 유동 해석, 온도 분포 분석 등을 통해 냉각 효율을 극대화하는 연구를 진행하고 있습니다. 또한, 다양한 운전 조건에서의 유동 특성 및 냉각 전략을 도출하여 실제 차량에 적용 가능한 기술 개발에 힘쓰고 있습니다. ESS 분야에서는 리튬이온 배터리의 열폭주(thermal runaway) 현상에 대한 심층 분석과 화재 예방 및 진압 기술 개발에 중점을 두고 있습니다. 배터리 화재의 원인 분석, 소화 설비 관리 방안, 화재 확산 방지 및 안전한 대피 방안 등 다양한 측면에서 연구가 이루어지고 있습니다. 이를 통해 ESS의 안전 운용과 경제적 손실 최소화를 위한 실질적인 해결책을 제시하고 있습니다. 이 외에도, 전기차 및 ESS 화재의 실제 발생 패턴 분석, 위험 공간(터널, 지하주차장 등)에서의 화재 확산 특성 연구, 배터리 잔존 수명 예측 등 다양한 연구를 통해 미래 친환경 모빌리티와 에너지 인프라의 안전성 확보에 기여하고 있습니다. 현대자동차 등 산업계와의 협력 연구도 활발히 진행 중입니다.

연구실은 수소 경제 활성화를 위한 수소 인프라 및 운송 시스템의 최적화와 안전성 확보에 중점을 두고 있습니다. 수소 튜브 트레일러 시스템의 밸브 및 충전 전략 최적화, 온도 및 압력 변화에 따른 시스템 안정성 분석, 매니폴드 배열의 최적 설계 등 다양한 연구를 통해 대용량 고압 수소 운송의 효율성과 신뢰성을 높이고 있습니다. 또한, 다양한 환경에서의 수소 공급 속도 제어 전략 개발과 실험적 검증을 통해 실제 산업 현장에 적용 가능한 기술을 개발하고 있습니다. 이와 함께, 철도 부지 내 수소 생산 및 충전 시설의 안전성 평가 모델과 안전관리 시스템 개발, 수소 충전기 핵심 부품 개발 등 수소 인프라 전반에 걸친 연구도 활발히 이루어지고 있습니다. 이러한 연구는 수소의 생산, 저장, 운송, 공급 전 과정에서의 효율성과 안전성 향상에 크게 기여하고 있습니다. 수소 인프라 연구는 미래 친환경 에너지 사회 실현을 위한 필수 요소로, 연구실은 관련 특허 출원, 산학 협력, 정부 과제 수행 등을 통해 국내외 수소 산업 발전에 선도적인 역할을 하고 있습니다.