한국세라믹기술원, 백금 대체 세라믹 촉매 개발

가상공학 활용해 수소자동차용 연료전지 촉매 설계 분석

켐서스켐 11월호 표지논문
켐서스켐 11월호 표지논문

한국세라믹기술원(원장 정연길)은 조성범 연구원과 로한 미쉬라, 비제이 라마니 미국 세인트루이스 워싱턴대 교수 공동연구팀이 세라믹 소재 기반 수소자동차용 연료전지 촉매를 설계하고 이를 실험으로 구현했다고 8일 밝혔다.

현재 수소자동차용 촉매는 백금과 활성탄을 사용한다. 시동을 켜고 끄는 과정에서 고전압에 노출된 활성탄이 서서히 파괴되는 문제점을 안고 있다. 최근에는 백금에 버금가는 효율을 가진 값싼 촉매 가운데 전이금속-질소 클러스터 연구가 활발하지만 이 또한 촉매로 활성탄을 사용하기 때문에 내구성 문제를 풀지 못했다.

조성범 한국세라믹기술원 연구원
조성범 한국세라믹기술원 연구원

공동 연구팀은 가상공학 시뮬레이션 프로그래밍으로 전기화학적 내구성이 뛰어난 세라믹 소재 기반 최적의 촉매 소재를 찾았다. 전기화학적 안정성이 좋은 티타늄카바이드(TiC) 소재 표면에 다양한 전이금속과 질소 화합물을 대체한 후 양자역학계산으로 촉매 성능을 예측하고 실험 분석했다.

그 결과, 기존 활성탄 기반 전이금속-질소 소재보다 20% 이상 촉매 성능이 뛰어나고 3.5배 이상 내구성이 향상된 수치를 얻었다. 1000회의 반복 테스트에서 성능저하가 거의 없는 것으로 나타났다.

조성범 연구원은 “가상공학 시뮬레이션으로 설계하고 검증을 했다는 것이 핵심 성과다. 수소자동차 연료전지용 촉매설계에 새로운 척도를 제공할 것으로 기대한다”고 말했다.

이 연구 성과는 켐서스켐 11월호 표지논문으로 실렸고, 평가 위원이 선정하는 가장 중요한 논문(VIP : Very Important Paper)으로도 선정됐다.

진주=임동식기자 dslim@etnews.com