[성균관대학교 보도자료] 

제 목: [연구] 수증기 유도 자발적 촉매 형성 전략을 통한 고성능 양방향 연료전지 구현

- 부 제:  가역적 수소-전력 생산을 위한 원천기술 활용 기대

□ 성균에너지과학기술원(SIEST) 및 미래에너지공학과 김준혁 교수 연구팀은 서울대 정우철 교수, KAIST 이강택 교수 연구팀, KIGAM 정인철 박사와의 공동연구를 통해 양방향 프로톤 전도 세라믹 연료전지(Reversible Protonic Ceramic Electrochemical Cells, RePCEC)용 신개념 전극 개발 전략을 정립하고, 이를 통해 향상된 연료전지 성능을 보고한 연구논문을 ACS Energy Letters (IF: 18.2, JCR 4.1%) 에 게재하였다. 해당 성과는 표지 논문으로 선정되었다.

□ 기존연구의 문제점 및 한계성 극복: 기존의 양방향 연료전지는 기대에 미치지 못하는 산소극의 느린 반응 속도로 인해 에너지 저장 및 변환 효율이 제한되어 왔으며, 이는 상용화의 주요 걸림돌로 작용해왔다. 따라서 산소극의 반응성을 근본적으로 향상시킬 수 있는 새로운 전극 개발 전략이 절실히 요구되었다.
기존에 주목받아 온 자발적 촉매 형성 방법인 용출(ex-solution) 전략은 고온에서 안정한 금속 나노입자를 형성할 수 있다는 장점이 있지만, 강한 수소 환원 분위기를 필요로 하여 산소극 환경에는 적용이 어려웠다.
이에 본 논문에서는 결함화학 원리에 기반하여 수소 대신 수증기를 매개로 한 새로운 용출법을 제시하였다. 이를 통해 고온 산화분위기에서도 금속 나노입자가 자발적으로 형성됨을 규명하였으며, 결과적으로 양방향 연료전지의 전력 생산 및 수소 생산 성능을 동시에 향상시키는 데 성공하였다.

□ 저자멘트: 이번 연구논문은 수증기를 활용한 새로운 촉매 형성 방법론을 통해 기존 연료전지에서 문제로 지적되어 온 산소극 반응의 낮은 활성을 근본적으로 개선했다는 점에서 큰 의미가 있다. 이를 통해 고온에서만 제한적으로 구동되던 기존 시스템의 제약을 넘어, 보다 낮은 온도에서도 안정적이고 효율적인 양방향 연료전지 구동이 가능함을 입증하였다.


□ 사업지원 및 논문게재: 이 연구는 ACS Energy Letters (IF: 18.2, JCR 4.1%)   에 9월 16일에 게재되었다.
※논문명:  Promotion of Reversible Fuel-Power Generation in Protonic Ceramic Electrochemical Cell via Water-Mediated Ex-Solution    
※저널명:  ACS Energy Letters                      
※저자명:    김준혁   (교신저자),   강희찬, 임인식, 허가온  (공동저자)