강원대학교(총장 김헌영) 에너지공학부 조용훈 교수(교신저자)는 기초과학연구원 나노입자 연구단 성영은 부연구단장(서울대 화학생물공학부 교수; 공동교신저자)과 안치영 박사(선박해양플랜트연구소; 제1저자), 박지은 박사(동국대학교; 공동제1저자), 김성준 학생(서울대학교; 공동제1저자), 김옥희 중령(해군사관학교; 공동제1저자) 등의 저자들과 함께 고분자전해질 연료전지의 막-전극접합체에 대한 총설 논문을 발표했다.
이번 연구 결과는 과학기술분야 최정상급 학술지 Chemical Reviews (IF: 60.622) 지에 10월 22일자 총설(review) 논문으로 게재됐다. (논문제목: Differences in the Electrochemical Performance of Pt-Based Catalysts Used for Polymer Electrolyte Membrane Fuel Cells in Liquid Half- and Full-Cells)
‘Chemical Reviews’저널은 화학 분야 연구 동향과 전망을 집대성해 미국 화학회가 발간하는 학술지로, 관련 연구자들에게 가장 큰 영향력을 인정받고 있다. 저널에 실린 논문의 1년간 평균 인용 횟수를 나타내는 논문 인용지수(IF)가 네이처(49.962)나 셀(41.582), 사이언스(41.845)보다 높은 60.622로 화학분야 세계 1위이다.
연구자가 자신의 실험 결과를 정리하고 분석하여 결론을 보고하는 일반 논문과는 달리 총설 논문은 특정한 주제나 전문 분야에 관련된 논문이나 저서를 집대성하여 요약 및 재해설·비평하는 형태로 작성되며, 주목할 만한 연구결과와 최신 연구 동향을 파악하고 새로운 연구 방향을 제시함으로써 학문 후속 세대의 연구 기반을 마련하는 역할을 한다.
수소연료전지는 이미 19세기 초에 개념이 수립되었지만, 환경과 에너지 문제가 본격적으로 논의되기 시작한 21세기에야 비로소 적극적이고 집중적인 연구개발이 이루어진 분야이다. 특히 완성차 업체를 중심으로 사업화가 본격적으로 시작되는 현시점에서 수소연료전지의 핵심인 촉매와 전극구조에 대한 연구결과들을 정리하고 고찰하여 앞으로의 연구 방향을 제시하는 것은 매우 중요한 일이다.
그동안 촉매를 비롯한 전극 소재개발은 전 세계적으로 집중적으로 이루어졌고 학계에서도 많은 결과가 보고됐으나, 연구 결과가 실제 연료전지 스택에 그대로 적용된 경우는 거의 없다. 이는 실험실에서 우수한 전극 소재가 개발되었음에도 실제 장치인 막-전극접합체에 적용되었을 때는 전극의 효율이 대부분 감소하기 때문이다. 이번 연구에서는 그동안 개발된 전극소재의 특성을 실제 막-전극접합체 내에서 전기화학적 분석을 통하여 확인하고, 이를 다시 전극 소재개발에 반영하여 개발된 소재의 기능이 극대화되도록 전극구조 최적화의 중요성에 초점을 맞추었다.
이를 위해 연구팀은 약 460편의 논문과 저서들을 분석하고 정리·고찰하여 총설 논문을 작성했으며, 최초 제안서 작성에서부터 게재확정 판정까지 3여 년간에 걸쳐 진행된 논문작성과 심사 및 수정 과정을 통하여 수소연료전지 촉매 개발과 더불어 전극구조의 중요성에 관한 고찰이 필요한 상황임을 확인했다고 밝혔다.
조용훈 교수 연구그룹은 최근 Science Advances, Energy & Environmental Science, ACS Energy Letters 등의 세계 최고 학술지에 수소연료전지 및 수전해 관련 연구 결과를 연이어 발표하며 세계적인 권위자들로부터 관련 분야 연구 능력을 인정받고 있다.
연구를 주도한 조용훈 교수는“오랫동안 수소연료전지 전극소재에 대한 많은 연구가 진행되었고 획기적인 결과들도 많이 발표되었지만, 실제 산업계에 적용되지 못했던 원인에 대하여 기존 연구 결과들을 비교하며 분석하였으며, 앞으로 개발된 소재가 실제 산업에 적용될 것을 염두에 두고 주의할 사항과 소재개발의 방향성을 체계적으로 설명했다.”라며 앞으로 수소연료전지와 수전해를 포함한 수소 산업관련 연구자들에게 방향성을 제시할 기회가 되었으면 좋겠다고 밝혔다.
이번 연구는 한화솔루션 R&D 과제와 한국화학연구원의 지원을 받아서 수행됐다.
