GIST, 탄소배출 ‘제로’ 액체연료전지 세계 최고 성능 확보

광주과학기술원(GISTㆍ총장 임기철)은 지구⋅환경공학부 이재영교수 연구팀과 한국기초과학지원연구원(KBSI) 정범균 박사 연구팀이 함께 알칼라인 하이드라진 액체연료전지에 사용하는 환원극 비(非)백금계 촉매를 개발했다고 19일 밝혔다.

국내 연구진이 비백금 전극 촉매를 개발해 온실기체를 발생하지 않는 액체 연료전지의 성능을 세계 최고 수준으로 확보하는 데 성공했다. 이번 연구 성과는 알칼라인 액체연료전지의 상용화에 도움이 될 것으로 기대된다.

GIST에 따르면 하이드라진(Hydrazine)은 질소와 수소의 화합물로 암모니아와 유사한 냄새가 나는 가연성 액체 화합물이다. 하이드라진 액체연료전지는 수소연료전지에 비견될 수준의 출력 성능을 가지고 있으며, 기존 액체연료의 저장·수송 인프라를 그대로 활용할 수 있는 장점이 있다.

연구팀은 수증기 활성화 공정으로 철-질소-탄소 촉매에 계층적 기공 구조를 만들고 옥살산 처리로 표면 접촉 특성을 개질(改質ㆍreforming)함으로써 하이드라진 연료전지의 출력을 대폭 향상시켰다.

이를 통해 알칼라인 액체 연료전지 구동 환경에 적합한 계층적 기공 구조가 철-질소-탄소 촉매에 형성되어 산소 기체가 활성점에 원활히 접근함을 확인했다.

또한 열처리 공정 과정에서 생성된 산화철(Fe₃O₄) 나노입자의 제거 및 산 처리 이후 표면에 형성된 친수성(물 분자와 약하게 결합할 수 있는) 작용기는 또 다른 반응물인 물이 쉽게 접근하도록 만든다는 사실을 규명했다.

GIST 이재영 교수는 “이번 연구는 대면적 전극화에 있어 무탄소 연료전지를 상용화하는데 걸림돌로 작용하는 전극에서의 촉매 이용률 한계를 극복한 관찰을 보여줬다”며 “고출력이 필요한 운송수단의 전원 등 다양한 활용 가능성이 기대된다”고 말했다.

한편 KBSI의 정범균 박사는 “이번 연구는 촉매의 기공 구조와 표면 특성을 통해 촉매 이용률을 높여 액체연료전지의 성능을 크게 개선한 것에 의미가 있다”고 평가했다.