성신여대 이세현 교수, '순간 열처리'로 연료전지·배터리 성능 향상 기술 개발

성신여자대학교는 청정융합에너지공학과 이세현 교수가 연료전지, 금속-공기 배터리에서 고성능을 발휘하는 단원자 촉매 합성법을 개발했다고 27일 밝혔다.

이번 연구 논문(금속-공기 이차전지와 연료전지 성능 향상을 위해 순간 열에너지 기법으로 제작한 단원자 촉매 합성 연구)은 연료전지와 배터리 기술의 상용화에 있어 중요한 기술적 도약을 이뤘다는 평가다.

연료전지와 배터리 기술은 청정에너지로의 전환에 필수적이지만, 전기화학적 산소 환원 반응을 촉진하기 위해 비싼 백금 촉매를 사용하는 것은 비용적인 문제가 있었다. 백금을 대체할 촉매로는 철-질소-탄소 기반의 촉매가 주목받고 있지만, 기존 합성법으로는 철 기반 촉매를 제조하는 데 기술적인 어려움이 있고 우수한 촉매 성능도 기대하기 어려웠다.

연구팀은 철 프탈로시아닌(FePc)과 그래픽 산화물(GO)을 활용해 간단하고 빠르게 철 기반 단원자 촉매를 합성하는 방법을 개발했다.

이 교수는 '순간 열처리'라는 혁신적인 합성법을 도입했다. 기존의 열처리 시간을 몇 시간에서 단 150초로 단축하는 데 성공했다. 순간 열처리 합성법은 후공정도 필요 없어 환경친화적이다.

연구팀이 개발한 촉매는 산소 환원 반응에서 뛰어난 활성과 안정성을 보였다. 전기화학 장치인 아연-공기 배터리와 음이온 교환막 연료전지에서 우수한 성능을 입증했다.

이 교수는 "새 촉매 기술이 연료 전지와 금속-공기 배터리의 성능을 크게 개선하고, 상용화 가능성을 높일 것으로 기대한다"며 "촉매 합성의 효율성을 높이고 다양한 전이 금속 촉매 개발에 중요한 지침을 제공할 것"이라고 말했다.

이번 연구 결과는 재료과학 분야 최상위 학술지 '어드밴스드 머티리얼즈(Advanced Materials)'에 권두삽화(Frontispiece)로 선정돼 8월호에 게재됐다.