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장인준 연구실

충북대학교 화학공학과

장인준 교수

장인준 연구실

화학공학과 장인준

장인준 연구실은 화학공학과를 기반으로 전기화학공학 분야의 첨단 연구를 선도하고 있습니다. 본 연구실은 연료전지, 금속-공기 전지 등 차세대 에너지 변환 장치의 핵심인 전기화학 촉매의 개발과 응용을 주요 연구 목표로 삼고 있습니다. 특히, 촉매의 효율성과 내구성을 동시에 향상시키기 위한 다양한 합성 및 표면 개질 기술을 적극적으로 도입하고 있습니다. 연구실에서는 촉매 중독 현상 극복을 위한 표면 공학, 합금화, 보호층 도입 등 다양한 전략을 연구하고 있습니다. 이를 통해 연료전지의 장기적 신뢰성과 효율을 높이고, 실제 에너지 변환 장치에 적용 가능한 고성능 촉매를 개발하고 있습니다. 최근에는 물리적 증착법을 활용한 다원소 나노 촉매의 제작과, 이를 연료전지에 적용하는 연구도 활발히 이루어지고 있습니다. 또한, 단일 원자 촉매 및 나노 구조 촉매의 합성과 특성화 연구를 통해 기존 촉매의 한계를 극복하고 있습니다. 순간 열처리법, 산소 결함 도입, 후처리 최적화 등 혁신적인 합성 및 처리 기술을 개발하여, 산소 환원 반응(ORR)과 수소 발생 반응(HER)에서 뛰어난 성능을 보이는 촉매를 구현하고 있습니다. 이러한 촉매는 실제 금속-공기 전지, 연료전지 등 다양한 전기화학 장치에 적용되어 우수한 성능을 입증받고 있습니다. 장인준 연구실은 한국연구재단 등 정부기관의 지원을 받아 고응답성 고분자 전해질막 연료전지(PEMFC) 기술 개발 프로젝트를 수행하고 있습니다. 이를 통해 실용화에 적합한 촉매 및 연료전지 시스템 개발에 박차를 가하고 있으며, 국내외 유수 학술지에 다수의 연구 성과를 발표하고 있습니다. 이처럼 장인준 연구실은 전기화학공학의 이론적 연구와 실용적 응용을 아우르며, 친환경 에너지 사회로의 전환과 미래 에너지 산업의 혁신에 핵심적인 기여를 하고 있습니다. 앞으로도 지속적인 연구와 기술 개발을 통해 에너지 변환 및 저장 분야에서 세계적인 경쟁력을 갖춘 연구실로 성장할 것입니다.

전기화학 촉매 개발 및 연료전지 응용
장인준 연구실은 전기화학공학 분야에서 촉매 개발과 연료전지 응용에 중점을 두고 있습니다. 특히, 고분자 전해질막 연료전지(PEMFC)와 금속-공기 전지 등 차세대 에너지 변환 장치의 효율성과 내구성을 높이기 위한 다양한 촉매 설계 전략을 연구하고 있습니다. 본 연구실은 촉매의 중독 현상, 즉 연료전지에서 발생하는 촉매 표면의 오염 문제를 해결하기 위해 표면 공학, 합금화, 보호층 도입 등 다양한 첨단 기술을 적용하고 있습니다. 최근에는 백금 합금 촉매의 CO, H2S, H3PO4 내성 향상 및 탄소 기반 보호층 도입을 통해 촉매의 활성과 내구성을 동시에 개선하는 연구를 수행하고 있습니다. 이러한 연구는 연료전지의 장기적 신뢰성과 효율을 높이는 데 중요한 역할을 하며, 실제 에너지 변환 장치에 적용 가능한 고성능 촉매 개발로 이어지고 있습니다. 또한, 다양한 물리적 증착법을 활용하여 다원소 나노 촉매를 제작하고, 이를 연료전지에 적용하는 연구도 활발히 이루어지고 있습니다. 이러한 연구 성과는 국내외 유수 학술지에 다수 게재되고 있으며, 한국연구재단 등 정부기관의 지원을 받아 고응답성 연료전지 기술 개발 프로젝트도 진행 중입니다. 장인준 연구실의 전기화학 촉매 연구는 친환경 에너지 사회로의 전환에 핵심적인 기여를 하고 있으며, 미래 에너지 산업의 혁신을 선도하고 있습니다.
단일 원자 및 나노 구조 촉매의 합성 및 특성화
본 연구실은 단일 원자 촉매(Single-Atom Catalysts, SACs) 및 나노 구조 촉매의 합성과 특성화에도 큰 관심을 가지고 있습니다. 단일 원자 촉매는 기존 나노입자 촉매에 비해 활성 부위의 수가 많고, 금속 사용량을 획기적으로 줄일 수 있어 차세대 촉매로 주목받고 있습니다. 연구실에서는 철(Fe), 루테늄(Ru) 등 다양한 금속의 단일 원자 촉매를 그래핀 산화물 등 지지체 위에 고도로 분산시키는 기술을 개발하고 있습니다. 특히, 순간 열처리법을 이용한 철 단일 원자 촉매의 합성, 산소 결함이 도입된 지르코니아와 루테늄의 원자 단위 결합을 통한 수소 발생 반응(HER) 촉매 개발 등 혁신적인 연구가 진행되고 있습니다. 이러한 촉매들은 산소 환원 반응(ORR) 및 수소 발생 반응에서 기존 상용 촉매보다 뛰어난 활성과 내구성을 보이며, 실제 금속-공기 전지, 연료전지 등 다양한 전기화학 장치에 적용되고 있습니다. 또한, 촉매의 합성 후 처리(Posttreatment) 방법에 따라 촉매의 활성과 내구성이 크게 달라짐을 규명하고, 최적의 열처리 및 산 처리 조건을 도출하여 고성능 촉매를 구현하는 연구도 병행하고 있습니다. 이러한 연구는 촉매의 구조-성능 상관관계를 심도 있게 이해하고, 실용화에 적합한 촉매 설계 지침을 제공하는 데 중요한 역할을 하고 있습니다.
1
Advanced Strategies for Mitigating Catalyst Poisoning in Low and High Temperature Proton Exchange Membrane Fuel Cells: Recent Progress and Perspectives
최수연, 이세현, 장인준
CRYSTALS, 202502
2
Overcoming poisoning issues in hydrogen fuel cells with face-centered tetragonal FePt bimetallic catalysts
장인준, 유성종, 강윤식, 이태경, 최대일
JOURNAL OF MATERIALS SCIENCE & TECHNOLOGY, 202502
3
Instantaneous Thermal Energy for Swift Synthesis of Single-Atom Catalysts for Unparalleled Performance in Metal-Air Batteries and Fuel Cells
장인준, Sehyun Lee, Dong-Gun Kim, Vinod K Paidi, Sujin Lee, Nam Dong Kim, Jae Young Jung, Kug-Seung Lee, Hyung-Kyu Lim, Pil Kim, Sung Jong Yoo
ADVANCED MATERIALS, 202408