고효율 저비용 비백금계 연료전지 촉매 개발

(톱스타뉴스 장혜숙 기자)

가격 부담이 큰 백금보다 저렴하면서도 성능이 뛰어난 비백금계 수소연료전지 촉매제가 국내 연구진에 의해 개발됐다.

20일 광주과학기술원(GIST)에 따르면 융합기술학제학부 박찬호 교수 연구팀이 암모니아수나 잿물 등 염기성 조건에서 기존 백금보다 저렴하면서도 성능이 뛰어난 비백금계 촉매를 개발하는데 성공했다.

그동안 수소연료전지는 백금을 촉매로 주로 사용해왔으나 희소성과 높은 가격 요인이 광범위한 연료전지 적용에 걸림돌로 작용해왔다. 따라서 백금을 대체할 수 있는 고성능, 저가 촉매개발에 대한 수요가 증가하고 있는 실정이다.

또한 황이나 코발트 같은 다른 원소나 작용기를 촉매제로 활성을 향상하는 연구도 진행되고 있으나, 공정을 복잡화시키고 단가가 높아지는 단점이 늘 지적돼 왔다.

GIST 연구팀은 이에 촉매입자 크기 만을 조절해 촉매가 전해질에 효과적으로 접근할 수 있도록 했다. 특히 값비싼 백금을 대체GO 저렴한 비백금계 촉매를 도입함으로써 연료전지가 차량용과 발전소용, 가정용 등 폭넓게 적용될 수 있을 것으로 기대된다.

연구팀은 다른 크기의 실리카 주형 물질을 사용해 철, 질소를 포함한 탄소 촉매의 크기를 조절한 뒤 이를 통해 촉매 입자 크기와 전해질 접근성과의 상관관계를 설명했다.

박찬호 교수는 "이번 연구는 음이온 전해질막 수소연료전지에 적용될 수 있는 비백금계 산소환원 촉매를 개발했다는데 가장 큰 의의가 있다"면서 "저렴한 신규 산소환원반응 촉매 개발을 통해 수소연료전지 단가 절감에 도움이 될 것으로 예상하며 광범위한 상용화에 기여하기를 바란다"고 말했다.

박 교수가 주도하고 이지연 석사와 석박사통합과정의 김종경 대학원생이 참여한 이번 연구는 한국연구재단 기후변화대응기술개발사업의 지원으로 수행됐다. 이번 성과는 응용화학 분야 국제 저명학술지인 '저널 오브 에너지 케미스트리(Journal of Energy Chemistry'에 5월11일자 온라인판에 게재됐다.