KAIST, 가격싸고 수명 두 배 향상된 연료전지 촉매 개발

기존 백금 촉매보다 12배 성능 높아

【대전=뉴시스】김양수 기자 = KAIST 신소재공학과 조은애 교수팀이 백금 사용량은 대폭 줄이고 수명은 두배 늘린 연료전지 촉매를 개발했다. 사진은 조 교수.2018.04.17(사진=KAIST 제공) [email protected]

【대전=뉴시스】김양수 기자 = KAIST는 신소재공학과 조은애 교수 연구팀이 백금 사용량을 90% 가량 줄이면서 수명은 2배 향상시킨 연료전지 촉매를 개발하는데 성공했다고 17일 밝혔다.

연료전지는 대기오염 물질을 배출하지 않는 친환경 발전장치로 기존 발전 설비를 대체할 수 있지만 연료전지에 전극촉매로 사용되는 백금의 가격 경쟁력이 떨어져 상용화가 어려운 실정이다.

또 현재 개발된 탄소 담지 백금 나노촉매는 상용화 기준에 미치지 못하는 산소환원반응 활성과 내구성을 보여 연료전지 개발에 한계가 많았다.

이에 따라 조 교수 팀은 기존 백금 기반 촉매들의 산소환원반응 활성 및 내구성을 증진하는 것을 목표로 연구에 착수, 백금 촉매보다 높은 활성을 지닌 것으로 알려진 백금-니켈(PtNi) 합금 촉매를 합성한 뒤 성능 증진을 위해 여러 가지 금속 원소를 도입한 결과 최종적으로 갈륨(Ga)이 가장 효과적이라는 사실을 확인했다.

이어 연구팀은 백금-니켈 합금 촉매를 팔면체 형태의 나노입자로 만들고 나노입자의 표면에 갈륨을 첨가해 기존 백금 촉매에 비해 성능을 12배 향상시켰다.

특히 기존 연료전지 촉매들이 대부분 실제 시스템에 적용하는 데 실패했으나 조 교수 연구팀은 개발한 촉매를 이용해 연료전지를 제작, 가격을 30% 줄이고 수명도 2배 이상 향상시켜 실제 상용화 가능성도 확인했다.

이번 연구로 기존 백금 촉매에 비해 12배 가량 높은 성능과 내구성을 지닌 연료전지용 촉매가 만들어져 향후 연료전지의 개발 및 실용화에 크게 기여할 것으로 기대된다.

연구결과는 국제 학술지 '나노 레터스'(Nano Letters)에 지난 11일자로 게재됐다.

연구에 참여한 임정훈 연구원은 "기존 합성 방법으로 제조 가능한 백금 니켈 합금 촉매 표면에 갈륨을 첨가해 가열만 하면 촉매가 합성되기 때문에 기존 공정에 쉽게 도입이 가능하고 대량 생산이 용이해 실용화 가능성이 높다"고 설명했다.

또 조은애 교수는 "연료전지의 가격저감과 내구성 향상을 동시에 달성한 연구 성과로 수소 전기차, 발전용 연료전지의 시장경쟁력 제고가 기대된다"고 말했다.

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