권태현 조교수

그린수소 생산 및 오존 기반 수처리 등 친환경 전기화학 공정 확대를 위해 고활성·고내구 전극 촉매 개발이 요구되고 있습니다. 이를 위해 루테늄(Ru) 기반 고엔트로피 산화물과 단일원자 촉매, Ir 기반 나노프레임을 설계하였으며, 산소발생반응에서 촉매 표면의 격자산소 산화(LOM) 경로를 억제하는 방식으로 반응 메커니즘을 제어하는 기술을 확보했습니다. 개발된 촉매는 그린수소 생산용 수전해 장치(PEMWE), 전기화학적 오존 발생 장치, 폐수 처리 시스템에 적용되고 있습니다. 한국과학기술연구원(KIST) 수소·연료전지연구센터, 한국에너지기술연구원, 고려대학교 이광렬 교수팀 등과 공동연구를 통해 촉매 설계 및 검증을 진행하고 있으며, 관련 연구 성과는 Nature Communications, Advanced Energy Materials 등에 게재되었습니다. 현재 인천대학교 산학협력단(TLO)을 통해 수전해 적용 기술이전 파트너를 모집하고 있으며, 하프셀 규모의 촉매 설계 및 반응 기전 규명을 완료하여 TRL 3-4 단계에 도달했습니다.

고분자전해질막연료전지(PEMFC) 등 전기화학 소자는 운전 중 발생하는 라디칼 공격으로 인한 화학적 열화가 내구성 저하의 주요 원인으로 지적되어 왔습니다. 이를 해결하기 위해 세리아(CeO2) 기반 가역적 재생형 라디칼 스캐빈저와 자가 표면 재생형 레독스 나노 산화방지제를 개발하였으며, 금속-유기 골격체(MOF) 및 헤테로구조 나노소재를 활용한 산화방지 기술을 구축했습니다. 개발된 소재는 연료전지 막전극접합체(MEA) 및 유기 태양전지(OPV)의 내구성 향상에 적용되고 있으며, 가역적 재생 기능을 통해 MEA의 화학적 열화를 억제하고 장기 내구성을 향상시키는 성과를 확인했습니다. 산화방지 첨가제의 라디칼 제거 효율을 평가하는 방법에 대해 특허를 출원했으며(10-2026-0005225), 관련 평가법 특허를 기반으로 산학협력을 통한 소재 상용화를 추진하고 있습니다. MEA 적용 관점에서의 기능 검증과 평가법 특허 확보를 완료하여 TRL 4-5 단계에 도달했습니다.

차세대 고성능 전극 소재를 확보하기 위해서는 원자 수준에서 나노구조를 정밀하게 제어할 수 있는 합성법 개발이 필수적입니다. 이를 위해 단일원자 촉매(Single-atom catalysts) 합성 기술과 모자이크 형태의 이종 나노구조 제어 기술을 개발하였으며, 금속-유기 골격체(MOF)를 전구체로 활용하여 균일한 나노구조를 정밀하게 형성하는 합성 기술을 구축했습니다. 확보된 나노소재 합성 기술은 전기화학적 오존생성반응 전극 촉매, 그린수소 생산용 수전해 촉매, 이차전지 전극 소재 등 다양한 전기화학 소자에 폭넓게 적용되고 있습니다. 단일원자 촉매와 고엔트로피 나노소재 설계를 통해 기존 벌크 소재 대비 활성점 분산도와 구조적 안정성을 동시에 확보할 수 있는 합성 전략을 마련했으며, 관련 연구 성과는 ACS Nano, Advanced Functional Materials 등 다수의 SCI 논문에 게재되어 원천 합성법의 우수성이 검증되었습니다. 현재 원천 합성법 개발 단계로 TRL 3 수준에 해당합니다.