IBS, 나노기술로 백금 대체할 저렴한 연료전지 촉매 개발

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국내 연구진이 탄소 기반 다공 나노구조를 이용해 안정성을 높이면서도 가격을 기존의 10분의 1 수준으로 낮춘 연료전지 촉매를 개발했다. 수소연료전지와 수소자동차 산업 확대를 앞당기는 원천기술로 활용될 전망이다.

기초과학연구원(IBS·원장 김두철)은 나노입자연구단(단장 현택환) 연구팀이 '계층 다공 나노구조'를 도입한 수소자동차 연료전지용 탄소기반 나노촉매를 개발했다고 11일 밝혔다.

서로 다른 다공성 구조를 가진 비귀금속 연료전지촉매
<서로 다른 다공성 구조를 가진 비귀금속 연료전지촉매>

수소자동차 연료전지는 대기 오염물질을 배출하지 않으면서 석유기반 에너지원을 대체할 수 있지만 백금을 촉매로 사용하기 때문에 비용이 많이 든다. 백금은 가격이 1㎏ 당 1억원을 호가하는데다 사용할수록 성능이 떨어지는 단점을 지니고 있다.

연구팀은 비귀금속인 탄소 재료에 크기가 서로 다른 기공(구멍)을 만들어 백금을 대체할 수 있는 새로운 촉매제로 개발했다. 2나노미터(㎚) 이하 마이크로 기공 외에 추가로 2~50㎚크기 메조 기공, 50㎚ 이상 마크로 기공을 더했다.

다양한 연료전지 구동환경에서 보인 촉매 활성화 향상
<다양한 연료전지 구동환경에서 보인 촉매 활성화 향상>

분석 결과 메조 기공은 촉매 표면적을 넓혀 전기화학 활성을 높이는 것으로 나타났다. 마크로 기공은 반응에 참여하는 산소분자를 촉매 활성 장소로 빠르게 수송하는 역할을 했다.

계층 다공 나노구조 촉매는 다양한 연료전지 구동환경에서 일관된 성능 향상을 보였다. 1만회 이상 구동에도 활성 저하가 없었다.

연구팀은 개발 촉매가 기존 백금계 촉매를 대체할 수 있다고 설명했다. 이를 활용해 차세대 연료전지 촉매를 개발하고, 다양한 응용장치 효율 증대도 기대할 수 있다고 전망했다.

성영은 나노입자연구단 부연구단장은 “백금 촉매 가격과 낮은 내구성 문제를 동시에 해결하는 원천기술을 확보했다”며 “학문적 발전뿐만 아니라 수소연료전지 자동차 산업 발전에도 크게 기여할 수 있을 것”이라고 말했다.

대전=김영준기자 kyj85@etnews.com