고효율 저비용 비백금계 연료전지 촉매 분석도. /사진제공=광주과기원국내 연구팀이 기존 백금을 사용해 비용부담이 큰 수소연료전지 촉매를 저렴하면서도 성능이 뛰어난 비백금계로 교체하는데 성공했다. 수소연료전지는 우주선에서 시작돼 수소차와 발전소, 드론, 인공위성, 잠수함 등에 폭넓게 쓰인다.
광주과학기술원(GIST)은 박찬호 융합기술학제학부 교수 연구팀이 암모니아수나 잿물 등 염기성 조건에서 기존 백금보다 저렴하면서도 성능이 뛰어난 비백금계 촉매를 개발했다고 20일 밝혔다.
그동안 수소 연료전지 개발에는 희귀해 가격이 비싼 백금이 촉매제로 쓰여 왔다. 따라서 백금을 대체할 수 있는 고성능·저가 촉매 개발에 대한 수요가 급증하고 있다. 황이나 코발트 같은 다른 원소나 작용기를 촉매제로 활성을 향상하는 연구도 진행되고 있으나 공정을 복잡화하고 단가가 높아지는 단점이 있다.
연구팀은 촉매입자 크기만을 조절해 촉매가 전해질에 효과적으로 접근할 수 있도록 했다. 특히 값비싼 백금을 대체해 저렴한 비백금계 촉매를 도입함으로써 연료전지가 차량용과 발전소용·가정용 등 폭넓게 적용될 수 있을 것으로 보인다.
박찬호 광주과기원 융합기술학제학부 교수연구팀은 다른 크기의 실리카 주형 물질을 사용해 철·질소를 포함한 탄소 촉매의 크기를 조절한 뒤 촉매입자 크기와 전해질 접근성과의 상관관계를 설명했다.
박 교수는 “이번 연구는 음이온 전해질막 수소연료전지에 적용될 수 있는 비백금계 산소환원 촉매를 개발했다는 데 가장 큰 의의가 있다”면서 “저렴한 신규 산소환원반응 촉매 개발을 통해 수소연료전지 단가 절감에 도움이 돼 광범위한 상용화에 기여할 수 있을 것”이라고 기대했다.
박 교수가 주도하고 이지연 석사와 김종경 석박사통합과정생이 참여한 이번 연구는 한국연구재단 기후변화대응기술개발사업의 지원으로 수행됐다. 이번 성과는 응용화학 분야 국제 저명학술지인 ‘저널 오브 에너지 케미스트리’ 온라인판에 게재됐다.
/고광본선임기자 kbgo@sedaily.com
