알칼리 연료전지용 탄소튜브 합금 촉매 논문(어드밴스드 에너지 머티리얼즈) 표지.국내 연구진이 차세대 알칼리 연료전지에 사용되는 백금 촉매보다 성능과 내구성, 가격 경쟁력이 있는 탄소튜브 기반의 합금 촉매를 개발했다.
한국과학기술연구원(KIST) 연료전지연구센터 유성종 박사팀은 17일 울산과학기술원(UNIST) 김광수 교수와 공동연구로 백금 대신 탄소튜브 기반 합금을 적용한 촉매를 개발, 알칼리 연료전지의 성능과 내구성을 향상하는 데 성공했다고 밝혔다.
알칼리 연료전지는 수소와 산소의 화학 에너지를 전기 에너지로 변환시키면서 물만 배출해 차세대 에너지원으로 주목받고 있다. 하지만 기존 알칼리 연료전지는 전기화학적 활성이 우수한 백금 기반의 합금 나노입자를 촉매로 사용해 가격이 비싸고 소재 의 안정성 문제가 한계로 지적돼 왔다. 장시간 산화 환경에 노출되면서 성능과 내구성이 떨어지는 것도 문제다.
탄소튜브 기반 질소-전이금속 합급 촉매 합성과 제조된 형상, 전기화학 반응 결과.연구팀이 개발한 질소-전이금속(철-코발트) 합금 나노 촉매는 탄소튜브 안에 있는 질소-코발트(N-Co), 질소-철(N-Fe), 철-코발트(Fe-Co) 합금에 의해 촉매 표면에서 전자 이동과 산소 분자의 흡착성이 높아지면서 우수한 활성을 갖게 된다. 산소 환원 반응 활성과 내구성이 백금 촉매보다 30%가량 뛰어나고 합성 비용도 백금 촉매의 12분의 1에 불과하다. 공정도 열처리를 최소화해 생산량이 극대화되는 구조다.
유성종 박사는 “차세대 에너지원에 적용되는 소재 설계와 제조 공정 기술 발전에 기여할 수 있기를 기대한다”고 말했다. 이 연구는 국제학술지 ‘어드밴스드 에너지 머티리얼즈’에 표지논문으로 게재됐다. /고광본 선임기자 kbgo@sedaily.com
유성종 KIST 박사(왼쪽)과 김광수 UNIST 교수.
