국내 연구진, 친환경 액체연료전지 세계 최고 성능 달성

KBSI, GIST와 공동연구로 전극 촉매 개발

차세대 액체연료전지 실용화 앞당겨, 국제 학술지 게재

[대전=뉴시스]알칼라인 하이드라진 액체연료전지의 출력 성능. 연구팀이 개발한 철-질소-탄소 촉매(붉은색)의 출력 성능이 백금 촉매보다 높음을 확인할 수 있다. *재판매 및 DB 금지

[대전=뉴시스] 김양수 기자 = 한국기초과학지원연구원(KBSI)은 소재분석연구부 정범균 박사 연구팀이 광주과학기술원(GIST) 이재영 교수 연구팀과 공동연구를 통해 '알칼라인 하이드라진 액체연료전지'의 성능을 획기적으로 높일 수 있는 전극 촉매를 개발했다고 26일 밝혔다.

알칼라인 하이드라진 액체연료전지(Alkaline hydrazine fuel cells)는 하이드라진과 산소의 전기화학적 반응을 이용해 전기에너지를 발생시키며, 에너지 생성 단계에서 질소기체와 물을 배출하는 친환경 에너지변환장치다.

연료전지는 전해질의 산성도에 따라 산 연료전지와 알칼라인 연료전지로 분류되며 이번에 연구팀이 연구한 알칼라인 연료전지는 고비용의 백금 촉매를 사용하지 않아도 높은 성능과 안정성 확보가 가능하다는 장점이 있다.

연구팀에 따르면 알칼라인 액체연료전지에서 철-질소-탄소 촉매는 백금을 대체할만한 성능을 가진 촉매로 주목받고 있지만 백금에 비해 촉매 표면의 활성점(촉매 반응이 일어나는 지점) 밀도가 낮아 원하는 출력성능을 얻기 위해서는 상대적으로 많은 양의 촉매를 사용해야 한다.

이번에 공동연구팀이 개발한 촉매는 철-질소-탄소 촉매를 합성하는 과정에서 수증기 활성화를 통해 구조와 표면이 개질된 전극 촉매다.

연구팀은 전기방사법을 통해 철-질소-탄소 촉매를 고온의 수증기로 열처리하면 촉매 표면의 전지 구동환경에 적합한 계층적 기공구조가 형성돼 산소기체가 활성점에 잘 접근한다는 사실을 확인했다.

또 열처리 공정과정에서 생성된 산화철(Fe₃O₄) 나노 입자들이 전극과 전해질 사이의 계면 저항을 줄여 높은 전류에서도 출력 성능이 유지된다는 것도 발견했다.

이를 통해 KBSI 정범균 박사팀은 전극 촉매를 직접 개발했으며 GIST 이재영 교수팀은 알칼라인 하이드라진 액체연료전지의 성능 검증 실험을 진행해 세계 최고 성능을 확인했다.

이번 연구결과는 화학분야의 세계적인 학술지인 'Journal of Energy Chemistry' 온라인판에 최근 게재됐다.(논문명 : Steam activation of Fe-N-C catalyst for advanced power performance of alkaline hydrazine fuel cells)

공동교신저자인 KBSI 정범균 박사는 "촉매의 기공 구조 뿐 아니라 표면 특성이 연료전지의 성능에 영향을 미친다는 사실을 파악한 것에 의미가 있다"며 "이번 연구에서 개질한 표면 특성을 한층 더 정교하게 조정해 출력 성능을 더 높이기 위한 후속 연구를 수행 중"이라고 밝혔다.

GIST 이재영 교수는 "드론, 탐사로봇, 킥보드산업 분야에서 액체연료전지 활용에 한 걸음 더 다가서게 됐다"면서 "공기극 환원 촉매가 알칼라인 연료전지에 적용될 때 소재적 관점뿐만 아니라 시스템적 관점에서도 연구가 진행돼야 실용화에 더 다가갈 수 있을 것"이라고 말했다.

☞공감언론 뉴시스 kys0505@newsis.com

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