▲ (왼쪽) 이산화탄소 재자원화를 통해 얻은 개미산을 사용하는 연료전지 개념도. (오른쪽) 개미산의 pH에 따른 연료전지 성능 비교. 연료의 pH가 약 알칼리일 때 가장 높은 성능을 보이는 것을 확인 .

국내 연구진이 촉매 종류와 상관없이 연료전지의 출력을 높일수 있는 조건을 규명해 휴대용 전기공급장치(파워뱅크 또는 파워백)의 성능 향상에 기여할 것으로 보인다.

GIST(광주과학기술원) 환경공학부 이재영 교수팀(에틀(Ertl) 촉매 연구센터)이 이산화탄소로부터 얻은 개미산(포름산·HCOOH)을 사용한 연료전지의 출력을 높일 수 있는 최적 운전 조건을 밝히는 데 성공했다고 5일 밝혔다.

액체상태인 개미산은 연료로서 공급할 때 관리가 쉽고 산화 반응 속도가 빠르며 연료 전지 성능이 저하하는 크로스오버 현상이 덜 일어나기 때문에, 최근 휴대용 전기공급 장치의 연료로 활용하기 위한 다양한 연구가 진행되고 있다.

액체 연료전지의 경우 수소 연료전지와 비교해 낮은 출력 때문에 상용화에 어려움을 겪고 있는데, 최근 개미산 연료전지의 출력 향상을 위한 최적 산화 조건에 대한 연구에서 전해질 용액의 pH(수소이온농도) 값이 3.7일 때 개미산의 산화 속도가 가장 빠르다는 연구가 보고됐다.

하지만 이 연구는 실제 연료전지 시스템에 적용되지 않은 연구에 불과해 최적 산화 조건을 밝히기 위한 실질적인 실험 연구가 필요한 상황이다.

연구팀이 전기화학 실험을 통해 전해질 용액의 pH가 백금(산화 촉매)의 활성에 미치는 영향을 연구한 결과, pH가 약(弱) 알칼리(8.0)일 때 개미산 산화 반응이 가장 활발하게 일어나는 것으로 확인됐다.

연구팀은 pH가 약 알칼리(8.0)일 때 기존 개미산 산화 조건 실험과 비교해 71% 향상된 전력을 얻었으며, 이러한 현상이 pH가 약 알칼리일 때 포름산 산화에 필요한 활성화 에너지 값이 가장 낮고 가장 빠른 전자 전달 속도를 갖기 때문임을 규명했다.

이재영 교수는 “이번 연구 결과는 개미산 연료전지를 휴대용 파워뱅크의 에너지원으로 활용할 수 있는 성능 극대화 조건을 제시한 것”이라며 “최대 출력을 얻을 수 있는 고활성 촉매 개발과 결합해 고성능 개미산 연료전지를 개발한다면 안정적 전력 공급을 위한 분산형 발전의 에너지원으로 활용할 수 있을 것”이라고 말했다.

이재영 교수(교신저자)가 주도하고 전명훈 박사과정생(공동 제1저자)이 수행한 이번 연구는 교육부 산하 한국연구재단(NRF)이 추진하는 일반연구자지원사업 지원으로 수행되었고, 촉매 분야의 세계적인 학술지인 ACS Catalysis 10월 13일자 온라인 판에 게재됐다.