세계적인 과학저널 네이처 자매지

화학공학과 조용훈 교수

강원대학교 삼척캠퍼스(총장 신승호) 화학공학과 조용훈(사진) 교수는 백금을 사용하지 않는 새로운 촉매 물질을 개발해 기존 연료전지 상용화의 큰 걸림돌이던 백금 사용으로 인한 가격 경쟁력 저하를 극복하고 친환경 차세대 동력원인 연료전지의 상용화를 한층 앞당겼다.

본 연구의 결과는 네이처 자매지인 ‘사이언티픽 리포트(Scientific Reports)’온라인 판에 “Facile and Gram-scale Synthesis of Metal-free Catalysts: Toward Realistic Applications for Fuel Cells”라는 제목으로 2015년 3월 2일 게재됐다.

조용훈 교수는 친환경 자동차와 모바일전자기기의 동력원으로 쓰이는 연료전지의 핵심부품인 막-전극접합체의 촉매제로 질소와 탄소로 이뤄진 흑연질화물(carbon nitride)을 개발했다. 또한, 이 흑연질화물을 대량으로 합성할 수 있는 방법을 학문적으로 규명했다. 현재 상용화된 대부분의 연료전지는 막-전극접합체의 촉매제로 귀금속인 백금을 사용하고 있으며, 새롭게 개발한 흑연질화물은 백금에 비해 저렴하다.
특히, 대량 생산할 수 있는 방안을 제시해 연료전지의 가격을 현재보다 대폭 낮출 수 있을 것으로 기대된다.

연구진은 간편하고 대량 합성이 용이한 방법으로 질소와 탄소로만 이루어진 흑연질화물(carbon nitride)을 합성해 이를 고분자전해질 연료전지의 촉매층에 도입했다. 그 결과 금속성분이 완전히 배제된 물질만으로도 기존의 백금을 촉매로 사용한 연료전지의 성능에 근접하는 결과를 얻었으며, 특히 산 분위기하에서도 뛰어난 성능을 보이는 것을 확인했다.

본 연구는 강원대학교 삼척캠퍼스 화학공학과 조용훈 교수를 중심으로 서울대학교 화학생물공학부와 해군사관학교가 공동으로 진행했다.

연구를 주도한 조용훈 교수는 2013년에 새로운 개념의 나노구조로 이루어진 막-전극접합체를 제작하여 이를 실제 연료전지에 적용하는데 성공하여 “Nature Communications”지에 논문을 발표한 것을 포함해 그 동안 연료전지, 이차전지 그리고 태양전지 등의 신재생에너지 분야의 국제적으로 저명한 SCI 저널에 60편이 넘는 논문을 발표했다.