고성능에 가격 경쟁력까지 갖춘 비백금계 연료전지 촉매제가 국내에서 개발됐다.
지스트(광주과학기술원) 융합기술학제학부 박찬호 교수 연구팀은 암모니아수나 잿물 등 염기성 조건에서 백금보다 저렴하면서도 성능이 뛰어난 비백금계 촉매를 개발했다고 20일 밝혔다.
그동안 수소연료전지는 백금을 촉매로 주로 사용해왔으나 희소성과 높은 가격 요인이 광범위한 연료전지 적용에 걸림돌로 작용해왔다. 따라서 백금을 대체할 수 있는 고성능, 저가 촉매개발에 대한 수요가 증가하고 있다.
또 황이나 코발트 같은 다른 원소나 작용기를 촉매제로 해 활성을 향상하는 연구도 진행되고 있으나 공정을 복잡화시키고 단가가 높아지는 단점이 제기 됐었다.
GIST 연구팀은 이번에 촉매 입자 크기만을 조절해 촉매가 전해질에 효과적으로 접근할 수 있도록 했다. 특히 값비싼 백금을 대체해 저렴한 비백금계 촉매를 도입함으로써 연료전지가 차량용과 발전소용 및 가정용 등 폭넓게 적용될 수 있을 것으로 기대된다.
연구팀은 크기가 다른 실리카 주형물질을 사용해 철·질소를 포함한 탄소 촉매의 크기를 조절하고 이를 통해 촉매 입자 크기와 전해질 접근성과의 상관 관계를 설명했다.
박찬호 교수는 “이번 연구는 음이온 전해질막 수소연료전지에 적용될 수 있는 비백금계 산소환원 촉매를 개발했다는데 큰 의의가 있다”면서 “향후 저렴한 신규 산소환원반응 촉매 개발을 통해 수소연료전지 단가 절감에 도움이 될 것으로 예상하며 광범위한 상용화에 기여하기를 바란다”고 말했다.
박 교수가 주도하고 이지연 석사와 석박사통합과정의 김종경 학생이 참여한 이번 연구는 한국연구재단 기후변화대응기술개발사업의 지원으로 수행됐다. 연구 결과는 응용화학 분야 국제 저명 학술지 ‘저널 오브 에너지 케미스트리(Journal of Energy Chemistry’에 5월11일자 온라인에 게재됐다. /광주=김선덕기자 sdkim@sedaily.com
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