‘배터리 충전 요망!’‘배터리 용량 부족!’‘지금 저장하지 않으면 데이터 손실!’휴대폰이나 노트북을 사용할 때 나타나 가슴을 섬뜩하게 만드는 경고 메시지다.각종 신기술이 등장하는 21세기는 충전 없이 오래가는 새로운 전지기술이 주도하지 않을까.
휴대형 정보통신기기는 단순한 통화 기능에서 한단계 나아가 동영상, 인터넷, 컬러디스플레이 등 다양한 기능이 추가되고 있으며, 크기 또한 소형화되는 추세다. 하지만 고기능화에 따른 출력 증대로 인해 기존의 이차전지로는 소비자의 욕구에 맞는 수준의 사용시간을 제공할 수 없는 형편이다.
이 때문에 가볍고, 얇고, 작으면서도 우수한 기능을 갖춘 단말기의 발전 속도에 맞춰 이차전지의 한계를 극복하는 신개념의 이동정보통신기술이 요구되고 있다. 또한 휴대형 정보통신기기의 전원으로 충전 없이 장시간 사용할 수 있는 새로운 형태의 전원인 소형 연료전지의 개발 필요성이 더욱 강조되고 있다. 2005년 이후부터는 이러한 소형 연료전지가 기존의 이차전지 시장과 새롭게 출시되는 고기능 단말기의 전원시장 중 일부를 차지할 것으로 예상된다.
배터리가 닳은 휴대전화기를 충전하기 위해서는 어떻게 해야 할까. 지금까지의 경험을 떠올려보자. 충전기에 전화기를 오랜 시간 꽂아놓고 충전완료를 나타내는 파란색 불이 표시되기를 마냥 기다려야 한다. 쾌속 충전을 자랑하는 배터리라 해도 넉넉잡아 한시간 정도는 소요될 것이다. 이런 불편함을 해결해줄 전기발생장치가 바로 DMFC(직접메탄올 연료전지)다. DMFC는 충전이 필요 없는 고용량의 전기발생장치로, 액체상태의 메탄올 수용액을 직접 수소이온과 전자로 분해해 전기를 발생시킨다.
메탄올과 물이 섞인 용액이 합금촉매와 만나 6개의 수소이온과 6개의 전자를 만드는 과정이 양극에서 발생한다. 이는 메탄올과 물을 촉매 표면까지 전달하는 단계, 촉매에서 이온과 전자로 분해되는 단계로 나눠진다. 효율적인 반응을 위해서는 원활한 연료확산을 위한 전극구조 설계, 반응속도 향상을 위한 고효율 합금촉매의 개발 등이 필요하다.
공기중의 산소, 양극에서 전달받은 수소이온, 전자, 그리고 촉매가 만나 물을 생성하는 반응으로 음극에서 발생한다. 효율적인 반응을 진행하기 위해서는 공기의 자동공급을 위한 공기호흡형 전극의 개발, 반응속도 향상을 위한 고효율 촉매의 개발 등이 필요하다. 예를들어 사용중 전압이 떨어진다면 입으로 바람을 조금 불어주자. 그러면 일시적이나마 전기를 발생시킬 수 있다.
결국 DMFC는 메탄올과 산소의 반응에 의해 물을 생성하는 것이다.
CH3OH + 3/2O2 → H2O + CO2
10초 이내에 배터리 충전
사용 방법은 간단하다. 자신의 휴대용 정보통신기기에 메탄올과 물을 혼합한 용액이 들어있는 카트리지를 교환하거나 용액을 직접 주입하면 된다. 사실 메탄올 이외의 다른 알코올을 주입해도 전기가 발생한다. 술을 좋아하는 애주가라면 간단하게 소주를 몇방울 주입하는 실험도 할 수 있을 것이다. 많은 양은 아니지만 휴대폰으로 통화할 수 있을 정도의 전기는 쉽게 발생시킬 수 있다.
용액을 주입하는 시간은 10초면 충분하다. 현재 사용하는 휴대폰에 적용한다면 40일 통화대기, 20시간 연속통화를 할 수 있다. 한번 충전하기 위해서 오랫동안 충전기에 전화기를 꽂아놓았던 기억을 떠올린다면 놀라운 변화다.
미국, 독일 등 선진국에서는 휴대용 정보통신기기의 고기능화에 대응하기 위한 고출력 밀도, 고에너지 밀도의 전원으로 소형 DMFC를 적용하기 위한 연구개발을 진행하고 있다. 미국의 MSI사는 국립연구소에서 연구중이던 기술을 갖고 분사한 ERD사와 함께 휴대폰에 적용하기 위한 소형 연료전지를 개발중이며, 모토롤라 역시 국립연구소와 공동으로 휴대형 단말기 적용을 위한 연구를 진행중이다. 또한 국내에서는 여러 대학교와 한국에너지기술연구소, 한국과학기술원, 그리고 삼성종합기술원에서 각 요소기술을 개발하기 위해 박차를 가하고 있다.
