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  • 연료 전지 중간 미세 스케일의 규칙 구조 막 전극 연구등록일 : 2015/12/09
  • 중국과학원 다롄(大連) 화학물리 연구소 산하 `직접 알코올(alcohol) 유형 연료전지 연구팀(DNL0305팀)` 쑨궁취안(孫公權) 연구원 연구팀은 최근 관련 연구를 통해 `양성자 교환 막(Proton exchange membrane) 연료 전지(fuel cell)의 규칙 구조(Ordered structure) 나노 전극` 연구에서 혁신적인 성과를 취득하여 이슈가 되고 있다.

    연구팀은 최초로 효소 촉매의 미시 구조를 시뮬레이션하고 나노 스케일의 효율적이고 안정적인 3상 반응 인터페이스를 보유하고 있는 연료 전지 산소 환원 전극을 개발하였다. 연구팀이 개발한 양성자 교환 막 연료 전지의 품질 활성이 미국 에너지부가 제정한 2015년도 지표(指標) 수준을 초월하였으며 전극 안정성이 국제 선진 수준에 도달한 것으로 나타났다.

    연구팀의 관련 연구 성과는 세계적인 과학잡지 네이처(Nature)의 자매지인 사이언티픽 리포트(Scientific Reports) 최신호 온라인 판에 게재되었다(doi:10.1038/srep16100).

    산소 환원 반응 전극(Oxygen reduction reaction electrode)은 양성자 교환 막 연료 전지를 포함한 다양한 전기 화학 반응 장치 분야에서 핵심 부품 중 하나로 되고 있다. 산소 환원 반응 전극의 성능, 수명, 원가는 연료 전지 등 기술 발전에서 중대한 역할을 발휘하고 있다.

    현재 산성 체계 중에서 전통적인 산소 환원 전극 백금 베이스 촉매 재료의 대량 사용은 연료전지 원가를 향상시키고 있는 상황이다. 때문에 백금 사용량이 적고 활성이 높고 안정성이 높은 산소 환원 반응 전극에 대한 연구개발은 연료전지 기술 발전 분야에서 중요한 응용 가치를 보유하고 있다.

    효소 촉매 중에서 활성 중심과 전달 루트 복합 미시 구조 분야 아이디어로부터 시사점을 받은 연구팀은 백금 나노 입자 원 위치를 전자 전달 및 양성자 전달 기능을 보유한 이중 전도체 나노 배열 인터페이스 구역에 확정시키고 나노 스케일을 보유한 동시에 전자, 양성자, 물질 전달 루트를 보유한 3상 반응 인터페이스 구역을 형성시키고 백금 촉매 이용 효율성을 대폭 향상시켰다.

    그 외, 연구팀은 백금 나노 입자와 캐리어 간의 강한 상호 역할을 통해 백금의 전자 구조를 개변시킴으로써 산소 환원 반응 촉매 활성을 대폭 향상시킨 동시에 전극 안정성을 대폭 강화시켰다.

    이번 연구는 연료 전지 다공성 전극 시스템의 기본적인 미시 구조 개발을 위해 혁신적인 아이디어를 제공하였으며 관련 기술 산업화를 위해 중요한 기반을 구축하였다

    최근 연구팀은 연료 전지 중간 미세 스케일 규칙 구조 막 전극 연구 분야에서 다양한 성과를 취득한 상황이다(J. Mater. Chem. A 2013, 1: 491-494, J. Power Sources 2014, 256: 125-132, Inter. J. Hydrog. Energ. 2012, 37: 14543–14548).

    이번 연구를 국가과학기술부의 `중대 기초과학 연구 프로젝트(973 계획)` 비용 지원을 받아 실행되었다.

    그림 1. 연료 전지 중간 미세 스케일의 규칙 구조 막 전극 개발에서 취득한 성과
  • 키워드 : 연료 전지, 중간 미세 스케일, 규칙 구조, 막 전극
  • 출처 : KISTI 미리안 글로벌동향브리핑