전극촉매 개발로 친환경 액체연료전지 최고출력 도달

알칼라인 연료전지 활용 가능한 소규모 운송동력장치(자료제공: GIST)

국내 연구진이 전극촉매를 개발하여 이산화탄소로부터 생산된 포르메이트 액체연료전지의 성능을 최고 수준으로 확보하는데 성공했다.
광주과학기술원(GIST, 총장 김기선)은 지구·환경공학부 이재영 교수 연구팀이 알칼라인 포르메이트 연료전지에서 사용하는 산화극 전극촉매를 개발했다고 지난달 12일 밝혔다.
연구팀은 포르메이트 연료전지에서 팔라듐 금속에 붕소를 도입해 전기화학 촉매로 활용하였으며, 촉매의 포르메이트 산화 동역학 향상으로 연료전지의 성능을 향상시켰다. 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.
연구결과는 화학 분야의 국제학술지인 ‘ACS Catalysis’에 4월 5일자 온라인으로 게재됐다.