GIST, 고효율‧저비용 비백금계 연료전지 촉매 개발
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GIST, 고효율‧저비용 비백금계 연료전지 촉매 개발
  • 입력 2020-05-21 11:41
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수소연료전지 단가 절감‧상용화 기대
구형 촉매의 주사전자현미경 이미지. 각 촉매의 크기가 (a)1173nm, (b)723nm, (c)337nm, (d)151nm임. (사진=GIST 제공).
구형 촉매의 주사전자현미경 이미지. 각 촉매의 크기가 (a)1173nm, (b)723nm, (c)337nm, (d)151nm임. (사진=GIST 제공).

국내 연구진이 수소연료전지의 단가 절감과 상용화에 기여할 산소환원반응 촉매를 개발했다.

광주과학기술원(GIST‧총장 김기선)은 박찬호 GIST 융합기술학제학부 교수 연구팀이 염기성 조건에서 백금보다 저렴하면서도 성능이 뛰어난 비백금계 촉매를 개발했다고 20일 밝혔다.

기존 수소연료전지는 주로 백금을 촉매로 사용한다. 그러나 백금의 희소성과 높은 가격은 수소연료전지 상용화에 걸림돌이 되어왔다. 이에 백금을 대체할 수 있는 고성능‧저가 촉매 개발에 대한 수요가 증가하고 있다. 황과 코발트 같은 다른 원소나 작용기를 촉매제로 하는 연구도 진행되고 있으나 공정이 복잡해지고 단가가 높아지는 단점이 있다.

박찬호 GIST 융합기술학제학부 교수. (사진=GIST 제공).
박찬호 GIST 융합기술학제학부 교수. (사진=GIST 제공).

박 교수팀은 촉매 입자 크기만을 조절해 촉매가 전해질에 효과적으로 접근할 수 있도록 했다. 특히 값비싼 백금 대신 저렴한 비백금계 촉매를 도입함으로써 연료전지가 차량용‧발전소용‧가정용 등으로 폭넓게 적용 가능할 전망이다.

연구팀은 철과 질소 전구체(특정 원소를 가지고 있는 화합물)를 다공성 구형 실리카에 담지한 후 탄화하는 나노주형법으로 비백금계 촉매를 만들었다. 이번에 개발한 촉매는 철과 질소 간 결합으로 인해 백금 대비 우수한 성능을 나타냈다.

또 연구팀은 탄소 입자의 크기가 작을수록 탄소 입자와 전해질이 접촉하는 면적이 증가해 산소환원반응이 촉진되는 것을 확인했다. 또 성능 감소를 고려해 가장 적절한 입자 크기를 실험적으로 찾아냈다.

이번 연구에는 박찬호 교수의 주도 하에 이지연 석사와 김종경 석박사통합과정 학생이 참여했다. 연구는 한국연구재단 기후변화대응 기술개발사업의 지원으로 수행됐다. 연구 결과는 응용화학 분야 국제학술지인 ‘Journal of Energy Chemistry’에 지난 11일자로 게재됐다.

박 교수는 “음이온 전해질막 수소연료전지에 적용할 수 있는 비백금계 산소환원 촉매를 개발했다는 데 가장 큰 의의가 있다”며 “저렴한 신규 산소환원반응 촉매 개발로 수소연료전지의 단가 절감과 광범위한 상용화에 도움이 되길 바란다”고 전했다.

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