지난 2015년 전 세계 197개 국가가 지구의 평균 온도 감축을 목표로 파리협정을 맺은 이후 친환경 에너지의 필요성이 높아지고 있다. 이에 물질의 상호작용과 전기 에너지 사이의 관계를 연구하는 전기화학 분야에서도 친환경 에너지에 관한 여러 연구가 진행되고 있다.

신소재공학과 김용태 교수가 이끄는 전극 물성 연구실은 전기화학 이론을 토대로 수소 연료전지, 리튬 이차전지, P2G 에너지 저장 시스템 등 신재생 에너지 분야에서 활용 가능한 전기 촉매의 물성을 분석하고 평가한다.

연구실의 연구 분야 중 하나는 친환경 자동차의 핵심부품인 배터리 소재 연구다. 전기자동차와 수소자동차가 내연기관 자동차를 완전히 대체하려면 배터리의 용량, 안정성, 수명, 충·방전 효율이 좋고 가격 경쟁력도 있어야 한다. 연구실은 배터리 속 전극에 쓰이는 촉매의 물성을 분석해 성능이 뛰어난 전극 개발에 힘쓴다.

지난 2020년에는 연료전지의 내구성을 높이는 연구 결과를 발표했다. 수소자동차에 쓰이는 연료전지는 시동을 끌 때 일시적으로 공기가 유입되면 전극의 전위가 순간적으로 치솟아 전극의 내구성이 줄어든다. 연구실은 텅스텐 산화물 기반의 촉매에서 나타나는 ‘금속 부도체 상전이’ 현상을 이용해 공기의 분압이 높아질 때 촉매의 전극반응을 정지시켜 전극의 내구성 저하 문제를 해결했다. 이 연구는 국제학술지 ‘네이처 촉매’ 2020년 8월호 표지 논문으로 선정됐다.

전기화학을 기반으로 부식·방식·전기제련 등의 금속 공정 연구도 진행한다. 예를 들어 극저온, 고온, 마찰, 고염분 같은 환경에서 쉽게 부식되지 않는 고엔트로피 합금의 성질을 연구한다. 고엔트로피 합금은 5개 이상의 원소를 비슷한 비율로 섞어 만든 합금이다. 연구실은 특히 우수한 내식성을 가진 CoCrMnFeNi 합금으로 대변되는 칸토(Cantor) 합금을 연구 중이다.

지구온난화 같은 기후 변화로부터 지구를 보호하려면 효율적이고 방법은 수소에너지를 비롯한 신재생 에너지를 개발해야 한다. 전극 물성 연구실에서는 연료전지, 수전해, 배터리 등 에너지와 관련된 연구와 상용화 단계에서 이뤄지는 공정을 경험할 수 있다. 학문에 정진하고 싶은 학생, 에너지 분야 연구를 산업 전반에 적용하고 싶은 학생 모두에게 좋은 기회를 제공한다.