발전성능 10배 높이는 연료전지 촉매 개발

IBS 나노입자연구단, 비싼 백금 사용량은 절반으로 낮춰

기초과학연구원(IBS)은 나노입자 연구단(단장 현택환)이 백금함량을 절반으로 낮추면서 발전효율성과 안정성을 동시에 높인 수소연료전지 촉매를 개발했다고 7일 밝혔다.

기술의 핵심은 나노촉매에 1㎜ 이하의 얇은 탄소원자막을 입혀 촉매의 활성을 유지하는 것이라고 연구팀은 설명했다.

안정적인 촉매 합금 제작에는 고온의 수소 열처리가 필요하나 이 과정 중, 수 나노미터의 나노입자가 수십 나노미터 크기로 뭉쳐져 활성 효율을 떨어뜨릴 수 있다. 수 나노미터의 입자로 구성된 나노합금을 만들어도 고열의 연료전지 구동환경에서는 쉽게 변형돼 본연의 기능을 상실하게 되는 것이다.

연구팀은 백금과 철로 이루어진 나노합금 표면에 도파민 고분자를 도포해 열처리하고 탄소원자막을 생성했다. 이 막이 촉매를 잡고 입자들의 움직임과 촉매 간 합성을 억제하는 역할을 했다.

연구팀이 개발한 물질은 수소연료전지의 환원극 활성 촉매로 사용돼 백금량 당 발전량이 기존 대비 10배 상승한다. 1g 당 0.14 mA 발전량이 1.6 mA로 나타났다.

또 백금과 철 나노입자를 합금하는 방법으로 백금사용을 절반으로 줄여 연료전지의 단가를 낮췄다.

이번 연구성과는 화석연료를 대체할 수 있는 수소연료전지 발 의 비약적 발전을 이루는데 기여할 것으로 보인다.

성영은 서울대 화학생물공학부 교수는 “저비용, 고성능, 고안정성의 특성을 모두 만족시키는 촉매를 제작했다”며 “이로써 수소연료전지를 탑재한 차량의 보급 확대와 향후 연료전지 기반 사업의 획기적 전환점을 가져올 것으로 기대한다”고 말했다.



최소망 기자 somangchoi@