eepl2
에너지자원화학공학과 조용훈
에너지 및 전기화학 소재·시스템 연구실(EEPL2)은 차세대 친환경 에너지 변환 및 저장 기술의 핵심인 연료전지와 수전해 시스템을 중심으로 다양한 전기화학적 소재와 장치 개발에 매진하고 있습니다. 본 연구실은 고분자 전해질 연료전지(PEMFC), 음이온 교환막 연료전지(AEMFC), 그리고 물 전기분해(수전해) 시스템의 성능 및 내구성 향상을 위한 촉매, 전극, 막-전극 접합체(MEA) 개발에 특화되어 있습니다.
특히, 백금 등 귀금속 사용량을 최소화하면서도 높은 활성과 내구성을 갖는 촉매 개발, 나노구조화 및 합금화, 탄소 껍질 코팅, 단일 원자 촉매 등 첨단 합성법을 적용하고 있습니다. 또한, 막-전극 접합체의 구조적 최적화, 계면 공학, 대면적 MEA 제조 기술을 통해 실제 산업 현장 및 모빌리티, 선박, 휴대용 전원 등 다양한 응용 분야에서 요구되는 고성능·고내구성 연료전지 시스템 구현을 목표로 하고 있습니다.
수전해 분야에서는 음이온 교환막(AEM) 및 양이온 교환막(PEM) 기반 수전해 장치의 효율과 내구성을 높이기 위한 비귀금속 촉매, 3차원 다공성 전극, 역 오팔 구조, 그래핀폼 등 혁신적 소재 및 구조 설계 연구를 수행하고 있습니다. 실제 운전 환경에서의 내구성 평가, 염분 등 외부 요인에 의한 성능 저하 및 회복 기술 개발, 대면적 MEA 제조 및 시스템 통합 기술 등도 주요 연구 주제입니다.
이외에도, 친환경 대체연료(암모니아 등) 기반 연료전지, 저가형 고효율 수전해 시스템, 금속-공기 전지, 리튬이차전지 등 다양한 에너지 변환·저장 장치의 소재 및 시스템 연구를 폭넓게 수행하고 있습니다. 국내외 산학연 협력 및 다양한 국가·산업체 과제를 통해 실용화와 상용화에 기여하고 있으며, 다수의 특허와 논문, 수상 실적을 보유하고 있습니다.
EEPL2 연구실은 미래 에너지 사회 실현을 위한 혁신적 소재·공정·시스템 기술 개발을 선도하며, 차세대 에너지 변환 및 저장 기술의 글로벌 경쟁력 확보에 앞장서고 있습니다.
Fuel Cell Durability
Polymer Electrolyte Membrane
Catalyst Development
고분자 전해질 연료전지(PEMFC) 및 음이온 교환막 연료전지(AEMFC)용 촉매 및 막-전극 접합체(MEA) 개발
본 연구실은 고분자 전해질 연료전지(PEMFC)와 음이온 교환막 연료전지(AEMFC)의 성능 및 내구성 향상을 위한 촉매와 막-전극 접합체(MEA) 개발에 중점을 두고 있습니다. 연료전지는 친환경 에너지 변환 장치로 각광받고 있으나, 고가의 귀금속 촉매 사용, 내구성 저하, 그리고 수분 및 반응물 관리의 어려움 등 다양한 기술적 한계에 직면해 있습니다. 본 연구실은 이러한 문제를 해결하기 위해 백금(Pt) 기반 및 비귀금속 촉매의 합성, 촉매층 구조 제어, 그리고 고성능 MEA 제조 기술을 연구하고 있습니다.
특히, 촉매의 활성 및 내구성 향상을 위해 나노 구조 제어, 탄소 껍질 코팅, 합금화, 단일 원자 촉매 등 다양한 첨단 합성법을 적용하고 있습니다. 또한, 막-전극 접합체의 구조적 최적화와 계면 공학을 통해 전기화학적 반응 효율을 극대화하고, 장기 운전 시 성능 저하를 최소화하는 방안도 모색하고 있습니다. 이를 위해 다양한 전기화학적 분석, 소재 특성 평가, 실제 구동 조건에서의 내구성 실험 등을 수행하고 있습니다.
이러한 연구는 수소 모빌리티, 선박, 휴대용 전원 등 다양한 응용 분야에서 요구되는 고성능·고내구성 연료전지 시스템 실현에 기여하고 있습니다. 또한, 저비용·고효율화 기술을 통해 연료전지의 상용화와 친환경 에너지 사회 구현에 중요한 역할을 하고 있습니다.
수전해(물 전기분해) 및 친환경 에너지 변환 소재·시스템 연구
연구실은 수소 생산을 위한 물 전기분해(수전해) 시스템의 핵심 소재 및 전극 개발에도 활발히 참여하고 있습니다. 특히, 음이온 교환막(AEM) 및 양이온 교환막(PEM) 기반 수전해 장치의 효율과 내구성을 높이기 위한 촉매, 전극, 막 소재의 개발에 집중하고 있습니다. 귀금속 사용량을 줄이면서도 높은 활성과 안정성을 갖는 비귀금속 촉매, 나노구조화된 전극, 그리고 대면적 MEA 제조 기술 등이 주요 연구 주제입니다.
수전해 시스템의 상용화를 위해서는 저비용, 고효율, 장기 내구성 확보가 필수적입니다. 본 연구실은 역 오팔 구조, 3차원 다공성 금속폼, 그래핀폼 등 첨단 구조 설계와 합성법을 도입하여 전극의 반응 면적을 극대화하고, 전기화학적 촉매 반응의 효율을 높이고 있습니다. 또한, 실제 운전 환경에서의 내구성 평가, 염분 등 외부 요인에 의한 성능 저하 및 회복 기술 개발에도 주력하고 있습니다.
이러한 연구는 수소 경제 실현을 위한 그린 수소 생산, 친환경 에너지 변환 시스템의 핵심 기술 확보에 기여하고 있습니다. 더불어, 선박, 모빌리티, 산업용 등 다양한 응용 분야에서 요구되는 고성능 수전해 시스템의 실용화와 에너지 전환 기술의 혁신을 선도하고 있습니다.
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Differences in electrochemical performance of Pt-based catalysts for polymer electrolyte membrane fuel cells in liquid half-cells and single-cells
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Highly Sulfonated Aromatic Graft Polymer with Very High Proton Conductivity and Low Hydrogen Permeability for Water Electrolysis
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Biomass-Derived Air Cathode Materials: Pore-Controlled S,N-Co-doped Carbon for Fuel Cells and Metal–Air Batteries
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친환경 대체연료 활용을 위한 직접 암모니아 주입형 연료전지 촉매 및 막-전극 접합체 개발/분석
3
선박 운항 프로파일을 적용한 연료전지 실험 및 내구성 분석
