고분자전해질 연료전지(PEMFC)는 친환경 에너지 변환 장치로서, 수소와 산소의 전기화학적 반응을 통해 전기를 생산합니다. 본 연구실에서는 PEMFC의 성능 및 내구성 향상을 위한 다양한 연구를 수행하고 있습니다. 특히, 전극 구조와 촉매의 최적화, 가스 확산층(GDL) 및 분리판의 소재 개발, 그리고 수분 및 열 관리 기술에 중점을 두고 있습니다. 연구실에서는 금속 폼, 다공성 유로, 블록 및 서브채널 등 다양한 유로 구조를 적용하여 연료전지 내부의 반응가스 분포와 물 관리 효율을 극대화하고자 합니다. 이를 위해 실험적 접근과 더불어 전산유체역학(CFD) 시뮬레이션을 병행하여, 실제 운전 조건에서의 성능 변화를 정량적으로 분석합니다. 또한, 전극 및 분리판의 부식, 불순물 영향, 역전압 등 내구성 저하 요인에 대한 평가와 회복 기술 개발도 활발히 이루어지고 있습니다. 이러한 연구를 통해 PEMFC의 장기 운전 안정성 확보와 고출력, 고효율 실현을 목표로 하며, 수소 모빌리티, 발전, 산업용 등 다양한 응용 분야에 적합한 연료전지 시스템 개발에 기여하고 있습니다. 특히, 수소경제 시대를 대비한 연료전지의 상용화 및 대중화에 필요한 핵심 원천기술 확보에 집중하고 있습니다.

연료전지의 성능과 내구성은 촉매 및 전극 소재의 특성에 크게 좌우됩니다. 본 연구실은 백금(Pt) 기반 촉매의 함량 저감과 내구성 향상을 위한 다양한 소재 연구를 수행하고 있습니다. 대표적으로 탄소나노튜브(CNT), 그래핀, 메조포러스 카본 등 첨단 탄소 소재를 촉매 지지체로 활용하여, 백금의 분산도와 전기화학적 활성 면적을 극대화하고, 촉매의 내구성을 크게 향상시키는 기술을 개발하고 있습니다. 또한, 합금 촉매(Pt-Co, Pt-Ni 등) 및 하이브리드 촉매(그래핀/니켈옥사이드, Pt/그래핀 옥사이드 등)의 합성 및 적용을 통해 산소환원반응(ORR) 활성도와 내구성을 동시에 높이고자 합니다. 촉매의 표면처리, 이오노머(Nafion) 함량 최적화, 전극 구조 설계 등 다양한 변수에 대한 체계적인 실험과 분석을 통해, 실제 연료전지 운전 환경에서의 성능을 극대화하는 소재 솔루션을 제시하고 있습니다. 이와 더불어, 촉매의 내구성 평가 및 불순물(황화수소, 일산화탄소 등)에 의한 성능 저하와 회복 기술, 그리고 대량생산 및 상용화에 적합한 촉매 제조 공정 개발에도 주력하고 있습니다. 이러한 연구는 연료전지의 경제성 확보와 장기 신뢰성 향상에 필수적인 기반 기술로, 미래 수소사회 실현에 중요한 역할을 하고 있습니다.

본 연구실은 수소연료전지자동차, 수소충전소 등 수소 모빌리티와 인프라 구축을 위한 연구도 활발히 수행하고 있습니다. 수소연료전지자동차의 스택 설계, 운전 조건 최적화, 수소 및 전력 효율 개선, 스택 클리닝 기술 등 다양한 프로젝트를 통해 실용화에 필요한 핵심 기술을 개발하고 있습니다. 특히, 수소충전 인프라의 구축 및 운영, 수소의 저장 및 운송, 그리고 수소경제 활성화를 위한 정책 및 산업 전략 연구도 병행하고 있습니다. 이를 위해 정부, 지자체, 산업체와의 협력 네트워크를 구축하여, 실질적인 산업화와 상용화에 기여하고 있습니다. 수소 모빌리티 분야에서는 연료전지 파워팩, 대형 상용차용 연료전지 시스템, 하이브리드 버스용 배터리 팩 냉각 기술 등 다양한 응용 연구를 진행 중입니다. 이러한 연구는 친환경 미래 교통수단의 보급 확대와 에너지 전환 시대의 핵심 인프라 구축에 중요한 역할을 하며, 국내외 수소산업의 경쟁력 강화와 지속가능한 성장에 기여하고 있습니다.