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전북대학교 정광운 교수(고분자나노공학과) 연구팀이 액정 자기조립과 광중합 기술을 결합해 고온과 물이 없는 환경에서도 안정적으로 양성자를 전달할 수 있는 차세대 고분자 전해질막을 개발했다.
이번 연구는 고온 수소연료전지에 적용할 수 있는 무수(無水) 양성자전도막을 구현한 성과다. 연구팀은 인산기 기반 반응성 메조겐 분자의 자기조립 구조와 거시적 분자 배향을 동시에 제어해, 양성자가 이동하는 경로를 정밀하게 설계했다.
일반적인 양성자전도막은 수분에 의존해 작동하기 때문에 높은 온도나 수분 공급이 제한된 환경에서는 성능과 안정성을 유지하는 데 한계가 있었다.
연구팀은 분자들이 스스로 규칙적인 구조를 형성하는 액정 자기조립 현상을 활용해 양성자 이동 통로를 만들고, 이를 광중합으로 고정함으로써 고온·무수 조건에서도 구조가 안정적으로 유지되도록 했다.
특히 분자 간 배열인 패킹과 분자의 방향성을 뜻하는 배향을 함께 제어해 양성자 전도 특성을 조절할 수 있는 새로운 소재 설계 전략을 제시했다는 점에서 주목된다. 고온 수소연료전지용 고분자 전해질막의 성능과 내구성을 높이는 데 활용될 것으로 기대된다.
정광운 교수는 “이번 기술이 고온 수소연료전지뿐 아니라 수분 공급이 제한된 다양한 전기화학 시스템에 적용할 수 있는 고성능 양성자전도 소재 개발로 이어질 수 있을 것”이라고 연구 의미를 밝혔다.
이번 연구 성과는 기능성 소재 분야 국제적 권위의 학술지인 『Advanced Functional Materials』 2026년 최신호 표지논문으로 선정됐다.
한편, 이번 연구는 한국연구재단의 양자연구교류지원사업 및 기초연구사업, 과학기술정보통신부의 나노·소재 기술개발사업, 전북대학교 공동실험실습관(CURF)과 미래에너지융합핵심센터(FECC)의 지원을 받아 수행됐다.
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