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GIST 연구팀, 수소연료전지용 촉매 성능평가 위한 원천기술 확보

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GIST 연구팀, 수소연료전지용 촉매 성능평가 위한 원천기술 확보
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[아시아경제 호남취재본부 이관우 기자] 광주과학기술원(GIST, 지스트)은 신소재공학부 최창혁 교수 연구팀이 수소연료전지용 비귀금속계 촉매의 성능평가를 위한 원천기술을 확보했다고 19일 밝혔다.


이로써 수소연료전지의 상용화에 한 걸음 더 다가서는 계기가 마련됐다는 평가다.

수소를 공기 중 산소와 반응시켜 전기를 생산하는 수소연료전지에는 이들의 반응을 돕는 촉매가 필요하다.


기존 수소연료전지는 주로 귀금속인 백금을 촉매로 사용했으나, 백금의 희소성과 높은 가격이 상용화에 큰 걸림돌이었다.


이 때문에 최근에는 이를 대체할 수 있는 저렴한 촉매에 관한 연구가 활발히 이뤄지고 있다.

그 중 철, 질소, 탄소로 구성된 단원자 철 기반의 촉매가 효율적인 산소환원반응 촉매로 주목받고 있지만, 단원자 촉매의 성능 진단기술의 부재로 촉매 성능의 주요 결정인자인 활성점 밀도, 전환빈도 파악에 어려움을 겪고 있다.


산소환원반응이란 수소연료전지의 양극에서 일어나는 반응으로, 산소가 전자와 양성자와 반응해 물로 환원되는 반응을 말한다.


활성점 밀도는 촉매 표면에서 반응물질이 촉매 작용을 받는 부위의 밀도다.


전환빈도는 반응물이 촉매의 활성점당 단위 시간당 반응하는 분자의 수를 의미한다.


연구팀은 철 기반 단원자 촉매에 사이안화 이온(CN-)이 비가역적으로 흡착할 수 있다는 점에 착안해 촉매 성능 결정인자인 활성점 밀도 및 전환빈도를 측정하는 기술을 고안했다.


특수하게 고안된 반응기를 이용해 철 기반의 단원자 촉매에 사이안화 이온을 비가역적으로 흡착했다. 이때 흡착된 사이안화 이온의 양을 자외-가시선(UV-Vis) 분광법으로 정량화했고, 동시에 사이안화 이온을 비가역적으로 흡착한 촉매의 산소환원 반응성 감소량을 측정했다.


이를 통해 촉매의 활성점 밀도와 전환빈도를 성공적으로 도출할 수 있었다.


나아가 다른 전이금속, 귀금속 기반의 단원자 촉매와 상용으로 널리 이용되는 백금 촉매의 성능 결정인자를 도출함으로써 개발한 진단기술의 범용성을 입증했다.


최창혁 교수는 “이번 연구성과는 최근 상용화에 근접한 철 기반 단원자 촉매의 성능평가 원천기술을 확보했다는 데 가장 큰 의의가 있다”면서 “추후 해당 기술을 활용해 고활성을 가지는 산소환원 촉매 개발을 통해 미래 수소 경제 활성화에 기여할 수 있기를 기대한다”고 말했다.




호남취재본부 이관우 기자 kwlee719@asiae.co.kr
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