지스트(광주과학기술원) 지구·환경공학부 이재영 교수 연구팀이 새로운 전극 촉매를 개발, ‘탄소중립 액체전지’인 포르메이트 연료전지의 성능을 크게 높이는 데 성공했다.

액체전지는 메탄올·에탄올·포름산·포르메이트 등 유기화합물에 산화를 일으켜 전기를 얻어내는 전지다. 이 중 포르메이트는 이산화탄소로부터 만들어지는데, 전기화학적 환원 공정을 거쳐 대량 생산이 가능해 ‘탄소 중립’ 전지로 주목받고 있다. 하지만 액체전지는 출력이 크지 않았던 탓에 상용화되지 못했다.

이재영 교수 연구팀

연구팀은 알카라인 포르메이트 연료전지에서 사용하는 산화극 전극촉매에 주목했다. 촉매 재질로는 백금(Pt)보다 산화 성능이 좋은 팔라듐(Pd)이 사용됐으며, 연구진은 여기에 붕소를 추가해 산화 성능을 더욱 향상시켰다.

구체적으로는 팔라듐과 붕소 사이 전자 구조를 개선해 산화 과정에서 수소가 흡착하는 세기를 약하게 만들었고, 그 결과 포르메이트 산화반응이 50% 이상 향상됐다고 연구팀은 전했다. 수소가 흡착되는 반응을 제어하는 것은 전지의 반응속도를 결정하는 중요한 과정이다.

액체 연료전지 시스템은 노트북, 스마트폰과 같은 전자기기와 드론, 킥보드 등 소규모 운송동력장치(light duty transport)에 활용할 수 있다.

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.

이번 연구는 지스트 연구원(GRI)의 지원으로 수행됐으며, 화학 분야 학술지 ‘ACS 카탈리시스(ACS Catalysis)’ 에 지난 5일자로 온라인 게재됐다.

/유연재 기자 yjyou@kwangju.co.kr