21일 업계에 따르면 기초과학연구원(IBS) 분자 분광학 및 동력학 연구단 조민행 단장 연구팀은 미국 위스콘신 화학과 마틴 자니(Martin T. Zanni) 교수 연구팀과의 공동연구를 통해 전압 변화에 따른 금속 전극 표면의 물 분자 움직임을 펨토초(fs·1000조 분의 1초) 단위 관찰에 성공했다.
전압에 따른 물 분자 움직임을 관찰하는 것은 청정기술로 주목받고 있는 차세대 수전해질 전지 개발에 의미가 크다. ‘수전해질 전지’란 물을 용매로 사용하는 리튬이온전지를 말하는데, 수전해질 전지가 개발되면 화학적으로 안전한 물을 사용하기 때문에 인화성이 낮아 폭발의 위험성이 없다. 더 나아가 유독한 화학물질이나 비수용액 용매의 사용에 따른 환경오염의 위험도 크게 낮출 수 있다.
기존 방법으로는 전극 표면에 있는 극소량의 물 분자들을 직접 관찰하는 것이 거의 불가능했다. 크기가 매우 작은 분자들을 관찰하기 위해 아주 짧은 레이저 광선을 조사한 뒤 분자들이 만들어 내는 시그널을 시간에 따라 관찰하는 시분해 분광법이 널리 활용됐다. 금속 표면 근처의 물 분자에 의한 신호보다 금속 전극 그 자체가 만들어 내는 신호가 훨씬 크기 때문에 물 분자 움직임만을 선택적으로 측정 연구가 대단히 어려웠다.
국제 공동 연구팀은 정교하게 설계된 화합물을 금(Au) 전극 표면에 흡착시킨 후 그 탐침 분자에 대한 2차원 진동 분광학 측정과 동시에 분자 동력학 시뮬레이션 방법을 시행했다. ‘2차원 진동 분광학’은 연구 대상 물질에 짧은 레이저 빛을 가한 후 시간에 따라 변화하는 2차원 신호를 분석함으로써 분자의 구조 및 움직임을 탐지하는 방법이다. 그리고‘분자 동력학 시뮬레이션’은 컴퓨터를 이용해 물질을 이루는 원자들의 움직임에 대한 운동방정식을 풀어 물질 내의 원자와 분자들의 움직임을 예측하는 방법이다. 연구팀은 이 2가지 방법을 접목해 물 분자와 금속 표면에 흡착된 유기 분자간의 상호 작용인‘수소결합’의 구조 및 물 분자 움직임을 실시간 관찰했다.
한편 상아프론테크는 PEM 수소연료전지·수전해용 이온교환막이 차세대 세계일류상품으로 선정됐다. 이 제품은 연료전지, 수전해시스템용 MEA의 핵심부품으로 연료극의 수소와 공기극의 산소가 직접적으로 결합하는 것을 방지해주며, 연료극에서 생성된 수소 이온만을 통과시키는 역할을 한다.
현재 수전해질은 국내에 샘플 제공하여 테스트 중에 있는 것으로 알려져 있다.
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