비싼 백금 사용량도 절반으로 낮춰… 관련분야 비약적 발전 견인 기대
기초과학연구원(IBS) 나노입자 연구단은 화석연료를 대체할 대안으로 꼽히는 수소연료전지의 주 원료인 백금함량은 절반으로 낮추면서 발전효율성과 안정성을 동시에 높인 '수소연료전지 촉매'를 개발했다고 7일 밝혔다.
이번 연구를 주도한 성영은 IBS 그룹리더(서울대 화학생물공학부 교수)는 "이 기술 개발로 수소연료전지를 탑재한 차량의 보급 확대는 물론 향후 연료전지 기반 사업의 획기적인 전환점을 가져올 것으로 기대된다"고 말했다.
나노촉매에 1nm 이하의 얇은 탄소원자막을 입혀 촉매의 활성을 유지한 것이 이번 기술개발의 핵심이다.
안정적인 촉매 합금 제작에는 고온의 수소 열처리가 필요하다.
하지만 이 과정에서 수 나노미터의 나노입자가 수십 나노미터 크기로 합성돼 활성 효율을 떨어뜨리는 문제점이 있었다.
하지만 연구팀은 백금과 철로 이루어진 나노합금 표면에 도파민 고분자를 도포한 뒤 열처리해 탄소원자막을 생성했다.
그 결과 이 막이 촉매를 잡아줘 입자들의 움직임과 촉매 간 합성을 억제할 수 있었던 것.
연구팀이 개발한 이 기술은 수소연료전지의 환원극 활성 촉매로 사용돼 발전량이 기존 대비 10배나 상승했다.
연구진은 또 백금과 철 나노입자를 합금하는 방법으로 백금사용량을 절반으로 줄여 연료전지의 단가도 대폭 낮췄다.
상용화 연료전지 시스템에서 100시간 구동했을 때 단 3%의 성능 저하만이 나타날 정도로 기존 기술 보다 뛰어났다.
한편 이번 연구결과는 화학분야 세계 최고 권위의 학술지인 미국화학회지(JACS) 온라인 판에 12월 4일자로 게재됐다.
