제목 | 이재영 교수 연구팀, 전극촉매 개발로 친환경 액체연료전지의 최고출력 도달 | ||
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작성자 | 관리자 | 작성일 | 2021-04-13 최근수정일 2021-04-13 , IP 172.25***** |
전극촉매 개발로 친환경 액체연료전지의 최고출력 도달
- 차세대 화학에너지 변환 기술 발전에 큰 기여
□ 국내 연구진이 전극촉매를 개발하여 이산화탄소로부터 생산된 포르메이트 액체연료전지의 성능을 최고 수준으로 확보하는데 성공했다. □ 지스트(광주과학기술원) 지구·환경공학부 이재영 교수 연구팀은 알칼라인 포르메이트 연료전지에서 사용하는 산화극 전극촉매를 개발했다. ∘ 연구팀은 포르메이트 연료전지에서 팔라듐 금속에 붕소를 도입해 전기화학 촉매로 활용하였으며, 촉매의 포르메이트 산화 동역학 향상으로 연료전지의 성능을 향상시켰다. * 팔라듐(Palladium, Pd): 전통적으로 유기화합물의 산화 및 환원반응에 주로 사용되어 왔으며, 전기화학 분야에서도 산화극 촉매로써 백금(Platinum, Pt)과 더불어 탁월한 산화성능을 나타냄. 특히 포르메이트 산화에는 Pd의 산화성능이 Pt를 크게 상회하며, Pd 기반의 전극촉매 개발연구가 이루어지고 있음.
∘ 포르메이트는 이산화탄소의 전기화학적 환원 공정을 통해 직접 대량 생산이 가능하므로 탄소 중립 연료전지 시스템 구현과 연료전지 시스템에서 타 연료 대비 높은 전류 및 전력밀도 출력이 가능하다. □ 액체 연료전지 시스템은 노트북, 스마트폰과 같은 전자기기와 드론, 킥보드 등 소규모 운송동력장치(light duty transport)에 활용할 수 있다. 현재 메탄올, 에탄올, 포름산, 포르메이트 등 유기화합물의 산화를 통해 전기를 얻어내는 액체연료전지는 출력의 한계로 상용화가 중단된 상태다. ∘ 최근 알칼라인 액체연료전지는 팔라듐 촉매를 통한 성능 개선 연구가 진행되고 있으나, 포르메이트 산화가 일산화탄소 중간체가 생성되지 않음에도 여전히 성능 개선의 저해요소를 해결하는 연구가 필요한 상황이다. ∘ 특히 반응 메커니즘 상 반응속도 결정단계인 수소흡착종의 탈착반응을 제어하는 것이 중요한데, 연구팀은 팔라듐 격자 내에 붕소(B)를 혼입하여 팔라듐과 붕소 사이에 효과적인 전자 구조 개선을 통해 수소의 흡착세기를 약하게 함으로써 포르메이트 산화반응이 50% 이상 향상됨을 확인하였다. □ 이재영 교수는 “이산화탄소에서 대량 생산할 수 있는 친환경 연료인 포르메이트의 산화 특성을 이용한 촉매 개발로 연료전지의 세계 최고 성능을 확보하였다”면서 “후속 연구를 통해 차세대 에너지 변환 기술 발전에 큰 기여를 할 수 있을 것으로 기대된다”고 말했다. □ 지스트 이재영 교수팀이 수행한 이번 연구는 지스트 연구원(GRI)의 지원으로 수행되었으며, 화학 분야의 세계적인 학술지인 ‘ACS 카탈리시스(ACS Catalysis)’ 에 2021년 4월 5일자 온라인으로 게재되었다. |