□  GIST(광주과학기술원, 총장 문승현) 지구‧환경공학부 이재영 교수팀이 세계 최초로 금속제로 탄소촉매를 사용하여 하이드라진* 연료전지를 구동하는데 성공했으며, 촉매의 기공구조와 연료전지의 성능과의 상관관계를 규명했다.

∘ 이번 성과는 하이드라진 연료전지 촉매로써 비금속 촉매의 이용 가능성과 성능을 향상시킬 수 있는 촉매구조를 밝힌 결과로 연료전지의 높은 생산단가를 낮춰 상용화에 기여할 것으로 기대된다.

* 하이드라진(Hydrazine, N2H4): 질소와 수소의 화합물로 높은 에너지 밀도 (5416 Wh/kg)를 가지고 있어서 공학적으로 큰 가치가 있는 액체 화학물질.

□ 최근 유기물 연료전지 등 액체연료전지가 큰 관심을 받고 있지만 낮은 출력밀도와 과량의 귀금속촉매의 사용으로 인한 높은 생산단가는 상용화에 있어 가장 큰 문제점으로 지적되고 있다.. 이러한 문제점을 극복하고자 고에너지밀도의 액체 화학물질인 질소계 하이드라진을 연료전지의 연료로 이용하는 연구가 큰 주목을 받고 있다.

∘ 일본의 자동차 기업인 다이하쓰(Daihatsu-도요타그룹)는 하이드라진 연료전지의 가능성에 큰 관심을 가지고 2007년부터 지속적인 투자 및 연구를 진행하고 있으며, 2011년 도쿄모터쇼에서 하이드라진 연료전지 전기차를 선보이기도 하였다.

□  연구팀은 촉매의 합성방법으로 저비용 대량생산이 가능한 전기방사법을 이용하였으며, 탄소나노섬유 표면에 선택적으로 미세기공을 형성시켜 하이드라진 산화에 대한 반응성을 높였다.

∘ 특히 미세기공의 크기에 따라 달라지는 하이드라진의 반응성에 대해 실험을 통하여 10nm이상 크기의 메조기공 구조가 하이드라진 연료전지에서 효과적으로 활용된다는 사실을 명확히 규명함으로써 하이드라진 연료전지용 금속제로 탄소촉매의 새로운 가이드라인을 제시하였다.

□  이재영 교수는“대량생산이 가능한 나무껍질 모양 저비용 고효율의 하이드라진 산화촉매를 개발함으로써 하이드라진 연료전지의 상용화에 크게 기여할 것으로 기대된다.”고 말했다.

                                  

                               ▲  (좌) 투과전자현미경으로 촬영한 나무껍질 모양 금속제로 탄소촉매, (우) GIST 근교 위치 소나무

□   GIST(광주과학기술원) 지구·환경공학부 이재영 교수(교신저자·Ertl 탄소비움연구센터·RISE 화학전지연구센터)가 주도하고 정재훈 연구원과 전명훈 연구조교수(공동 1저자)가 수행한 이번 연구는 산업통상자원부 산하 한국에너지기술평가원(KETEP)과 GIST 차세대에너지연구소의 지원으로 수행되었고, 화학․융합 분야의 세계적인 학술지인 앙게반테 케미(Angewandte Chemie International Edition) 8월 29일자 온라인판에 게재되었다.  <끝>

□  논문명 : Tree-Bark-Shaped N-Doped Porous Carbon Anode for Hydrazine Fuel Cells