공동연구팀은 기존 복잡한 합금촉매 제조 공정을 단일화한 ‘단일 화학기상증착공정’을 세계 최초로 개발하고 500도 이하에서 최적의 결정 구조를 가진 연료전지용 백금-코발트 나노합금촉매를 합성하는데 성공했다.
단일 화학기상증착공정은 촉매 물질을 포함하고 있는 기체상태의 전구체를 이용해 낮은 온도에서도 짧은 시간 동안 최적의 나노합금입자를 합성할 수 있는 공정이다. 기존 합금촉매는 두 종류 이상의 금속 결정이 코팅된 촉매 물질을 800도 이상에서 수소열처리해 합금화하는 반면, 이번에 개발된 공정은 두 종류 이상의 촉매 전구체를 기체화한 후 원자 상태에서 제어함으로써 저온에서도 최적 구조의 나노합금촉매를 합성할 수 있다.
이 기술을 적용하면 촉매 합성에 필요한 에너지를 크게 낮춰 제조 단가를 대폭 절감할 수 있을 뿐만 아니라, 기존의 여러 단계에 걸친 복잡한 합금촉매 합성공정을 단 한 단계로 대체할 수 있다. 즉 하나의 반응기를 사용해 합금촉매 성분을 순차적으로 증착하고, 낮은 온도에서의 열처리만으로 최적 구조의 합금촉매를 합성할 수 있게 된 것.
이 공정에 의해 제조된 연료전지용 백금-코발트 합금촉매는 기존의 백금 합금촉매에 비해 백금 사용량을 5배 이상 절감하면서도 6배 이상 높은 성능을 나타내 기술의 우수성을 입증했다.
김희연 박사는 “이번에 개발된 공정을 활용하면 합금 촉매 제조비용을 절감하면서도 성능을 최대화 할 수 있어 현재 95% 이상 수입에 의존하고 있는 국내 촉매 시장에서 국산 촉매의 활용 비율을 높일 수 있을 것”이라며 “현재 개발된 합금촉매 합성기술을 연료전지뿐만 아니라 다양한 화학공정용 촉매의 합성에 적용하고 있으며, 후속 연구를 통해 합금촉매의 대량 생산 공정을 개발할 예정”이라고 밝혔다.
대덕=구본혁기자 nbgkoo@sedaily.com
< 저작권자 ⓒ 서울경제, 무단 전재 및 재배포 금지 >
hypark@sedaily.com
