▲ (왼쪽 위부터 시계방향) KBSI 정범균 박사, GIST 이재영 교수, GIST 박지현 학생연구원, 배수안 학생연구원

국내 연구진이 알칼라인 하이드라진 액체연료전지의 성능을 획기적으로 높인 촉매를 개발해 드론, 탐사로봇, 킥보드, 카트 등 산업 실용화가 앞당겨질 전망이다.

한국기초과학지원연구원(원장 신형식, 이하 KBSI) 소재분석연구부 정범균 박사 연구팀과 광주과학기술원(총장직무대행 김인수, 이하 GIST) 지구·환경공학부 이재영 교수 연구팀은 공동연구를 통해 전극 촉매를 개발, 알칼라인 하이드라진 액체연료전지의 성능을 세계 최고 수준으로 확보했다고 26일 밝혔다.

친환경적인 동력발생장치로 각광받는 수소연료전지는 출력성능이 가장 우수하지만, 수소를 누출 없이 고압으로 저장하고 운송하려면 별도의 기술과 장비가 필요하다. 액체연료전지는 이런 기술 문제없이 운송동력장치에 활용될 수 있는 차세대 에너지원이다.

그중 ‘하이드라진 액체연료전지’는 수소연료전지에 비견될 수준의 출력성능을 가지고 있으며 기존 액체연료의 저장 및 수송 인프라를 활용할 수 있기 때문에 미래 운송동력원으로써 강점을 가진다.

이번에 연구팀이 연구한 알칼라인 연료전지는 고비용 백금촉매 없이 높은 성능과 안정성 확보가 가능하다는 특징이 있다.

공동연구팀이 개발한 촉매는 철-질소-탄소 촉매 합성과정에서 수증기 활성화를 통해 구조와 표면이 개질된 전극촉매다. 이를 통해 촉매표면에 전지 구동 환경에 적합한 계층적 기공구조가 형성돼 생성된 산화철 나노 입자들이 전극과 전해질 사이의 계면 저항을 줄여 높은 전류에서도 출력성능이 유지됨을 확인했다.

KBSI 정범균 박사 연구팀은 전극 촉매를 직접 개발했으며, GIST 이재영 교수 연구팀은 알칼라인 하이드라진 액체연료전지 성능확인 실험을 진행했다.

KBSI 정범균 박사는 “이번 연구에서 개질한 표면 특성을 한층 더 정교하게 조정해 출력 성능을 높이기 위한 후속연구를 수행중”이라고 밝혔다.

GIST 이재영 교수는 “공기극 환원 촉매가 알칼라인 연료전지에 적용될 때, 소재적 관점 뿐 아니라 시스템적 관점에서도 연구가 진행되어야 실용화에 더 다가갈수 있을 것”이라고 말했다.

이번연구는 KBSI 및 GIST 연구원(GRI)의 지원으로 수행되었으며, 화학 분야의 세계적인 학술지인 Journal of Energy Chemistry 온라인판에 최근 게재됐다.

▲ 알칼라인 하이드라진 액체연료전지의 출력 성능. 연구팀이 개발한 철-질소-탄소 촉매(붉은색)의 출력 성능이 백금 촉매보다 높음을 확인할 수 있다.