수소전기차 제조 경제성 향상 등 수소경제에 기여 전망
에너지‧화학 분야 학술지 '켐서스켐‘ 표지 논문으로 선정
이재영 광주과학기술원(GIST) 지구‧환경공학부 교수 연구팀이 ‘고립전자쌍’을 포함한 탄소를 이용해 수소연료전지 백금 촉매의 성능과 내구성을 개선했다. 고립전자쌍은 다른 원자와 결합하지 않은 상태로 있는 두 개의 전자로 구성된 쌍을 뜻한다.
수소연료전지는 수소전기차뿐 아니라 드론이나 노트북과 같은 휴대용 전자기기에 활용 가능한 친환경 고효율 에너지다. 그러나 수소연료전지의 확대‧보급을 위해서는 저백금·고내구성 전극 개발 등의 문제가 해결돼야 한다.
현재 백금은 가장 적합한 산소환원반응 촉매로 평가받고 있지만 매장량이 한정돼 비싸다는 단점이 있다. 결국 수소연료전지의 가격경쟁력을 높이려면 백금 촉매의 양을 줄이는 동시에 산소환원반응에서의 성능과 내구성도 향상시켜야 한다.
25일 GIST에 따르면 이 교수팀이 개발한 백금 촉매는 백금과 질소 원자 간 결합 산소환원반응에서 기존 백금 촉매 대비 우수한 성능을 가지고 있을 뿐만 아니라 강력한 원자 간 결합으로 인해 수소연료전지 구동 중에서 용출되는 백금의 양을 최소화해 내구성을 개선했다.
연구팀은 세라믹 구와 시료를 빠른 속도로 회전시켜 마찰열로 화학반응을 일으키거나 시료의 크기를 작게 부수는 ‘볼밀링법’을 이용해 질소가 도핑된 탄소를 합성했다. 또 이를 백금 입자의 담체로 사용해 수소연료전지의 산소환원반응 촉매로 적용했다. 그 결과 질소가 도핑된 탄소에 다량 포함된 고립전자쌍은 담체에 백금 입자를 균일하게 성장시킬 뿐 아니라 산소환원반응을 가속화하는 백금과 질소원자 간 결합을 형성시킨다는 사실을 확인했다.
이 교수는 연구 성과에 대해 "수소전기차의 제조 경제성을 높여 수소경제에 크게 기여할 수 있을 것”이라며 기대감을 드러냈다.
이 교수가 주도하고 함가현 박사과정생이 수행한 이번 연구는 한국연구재단의 지원을 받았으며 에너지‧화학 분야의 세계적인 학술지인 '켐서스켐(ChemSusChem)' 3월호 표지논문으로 게재됐다.
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