중금속 제거와 에너지 생산성 높이는 신개념 연료전지 개발 

- 사이언티픽 리포트誌 게재, 친환경․고효율 연료전지 원천기술 제시 -

□ 기초과학연구원(IBS, 원장 김두철)의 나노입자 연구단(단장 현택환) 성영은 그룹리더(서울대 교수) 연구팀이 중금속 제거와 에너지 생산 효율을 동시에 높일 수 있는 하이브리드 연료전지1)를 개발하는데 성공했다고 밝혔다.

 o 이번 성과는 에너지 문제와 환경문제를 동시에 해결할 수 있다는 점에서 의미를 갖는다.

□ 에너지 밀도가 높은 직접메탄올 연료전지2)의 경우 기존 수소기반 연료전지에 비해 연료의 저장 및 운반의 이점이 있어서 다양한 응용 가능성이 제기돼 왔다.

 o 그러나, 연료전지를 만들기 위해 거치는 메탄올 산화반응 과정에서 부산물인 일산화탄소의 백금촉매 피독현상(被毒現象, poisoning)3)이 성능을 떨어뜨리는 주요 원인으로 알려져 있었다.

□ 연구진은 인체에 유해한 6가 크롬4)(Hexavalent chromium) 중금속을 제거하는 동시에 연료전지의 문제점인 일산화탄소 피독을 제거하여 에너지 전환 효율을 높일 수 있는 새로운 반응 메커니즘을 고안했다.

 o 연구진이 개발한 새로운 방식을 직접메탄올 연료전지에 적용한 결과 출력밀도가 기존에 비해 20% 향상됨을 확인하였고, 유해한 6가 크롬 역시 제거되는 것을 확인하였다.

 o 또, 촉매의 피독작용을 제거하여 10시간의 장기구동에서 초기성능과 동일하게 유지되는 높은 안정성을 확보할 수 있었고, 6가 크롬중금속을 대부분 제거하는 우수한 전환율을 확인했다.

□ 이 연구 성과는 세계적인 과학저널 네이처의 자매지인 사이언티픽 리포트誌(Scientific Reports, IF 5.078) 12월 12일자에 온라인 게재됐다.

o  이번 연구는 성영은 IBS 나노입자 연구단 그룹리더(서울대 화학생물공학부 교수)와 최원용 POSTECH 환경공학부 교수가 주도했고, IBS 나노입자 연구단과 미래부의 글로벌프론티어사업의 지원을 받아 수행됐다.

* (논문제목) 백금촉매의 일산화탄소 피독 제거와 유해한 6가 크롬 중금속을 제거하는 하이브리드 연료전지 (Inhibition of CO poisoning on Pt catalyst coupled with the reduction of toxic hexavalent chromium in a dual-functional fuel cell)

* (제1저자) 정동영 IBS 나노입자 연구단, 서울대학교 박사후연구원, 김형일 포항공과대학교 박사후연구원

* (교신저자) 성영은 IBS 나노입자 연구단그룹리더(서울대학교 화학생물공학부 교수), 최원용 POSTECH 환경공학부 교수

□ 성영은 IBS 나노입자연구단 그룹리더는 “중금속 제거와 에너지효율을 동시에 높이는 신개념 연료전지 개발에 성공했다”며 “지금까지 연료전지는 낮은 성능과 장기구동 시 성능저하 문제가 상용화에 걸림돌이 되었지만, 이번 하이브리드 연료전지 기술 개발로 직접메탄올 연료전지의 상용화를 앞당길 것으로 기대 된다.”라고 밝혔다.