김용태 교수팀 홍익대와 공동연구
에너지 전환 효율 기존의 2배 이상
가정이나 산업 현장에서 사용되지 못한 전기는 열 에너지로 사라진다. 이러한 폐열과 사람의 체온으로 전기를 만드는 ‘열에너지 하베스팅(Thermal energy harvesting)’ 기술은 에너지 고갈과 기후 위기 등에 대한 해결책으로 떠오르고 있다. 하지만 전기화학적으로 열을 전기로 바꾸는 이 전지는 에너지 전환 효율이 낮고, 백금 등의 귀금속 촉매가 필요해 상용화에 어려움이 많다.
김용태 교수, 신소재공학과 정상문 박사·강승연 석사, 홍익대 신소재공학과 이동욱 교수 연구팀은 이러한 한계를 극복하기 위해 철을 기반으로 한 촉매와 과염소산 음이온을 사용했다. 일반적으로 전지 내 전해질의 무질서도가 증가하면 전압이 높아지고, 전류의 양이 많아져 전지 효율이 향상된다. 연구팀은 과염소산으로 철 이온 쌍이 포함된 전해질의 무질서도를 높여 전지의 효율을 향상시켰다.
또 연구팀은 철과 질소, 탄소로 구성된 촉매를 열-전기화학 전지에 적용했다. 이 촉매는 값비싼 백금 촉매 대신 수소차 연료 전지에서 널리 사용되고 있는데 열-전기화학 전지에 사용된 것은 처음이다. 실험 결과 전지는 기존 대비 2배 이상의 높은 에너지 전환 효율을 기록했다. 연구팀은 전극 제작 단가를 3천분의 1로 줄이는 데도 성공했다.
김용태 교수는 “열-전기화학 전지의 촉매 연구를 통해 시스템의 효율성과 경제성을 모두 향상시켰다”고 말했다.
/장은희기자 jangeh@kbmaeil.com
