고성능 '원자촉매' 개발.. 연료전지 상용화 앞당겨

고체산화물 연료전지 전극(왼쪽부터), 전극 내부의 표면에 형성되어 있는 단일원자 촉매, 촉매 표면에 분산되어 있는 백금 원자

[아시아경제 황준호 기자] 국내 연구진이 소량의 백금만 사용해 고온에서 안정적으로 작동하는 원자촉매를 개발했다. 연료전지에 적용시 전극의 반응속도는 10배, 전력과 수소 생산 능력은 3~4배 높일 수 있으며 700℃ 이상 고온에서도 500시간 이상 안정적으로 작동해 차세대 복합발전 연료전지 기술로 각광받을 수 있을 것으로 예상된다.

한국과학기술연구원(KIST)은 에너지소재연구단 윤경중 박사, 신지수 연구원 연구팀이 이윤정 한양대학교 교수와 공동 연구를 통해 단일원자 촉매를 개발했다고 13일 밝혔다. 관련 연구 성과는 국제 학술지인 Energy & Environmental Science 최신호에 실렸다.

단일원자 촉매는 백금 원자를 분산시켜, 세륨(Ce) 산화물 나노입자와 강하게 결합한 촉매다. 연구팀은 이 촉매가 고온(700℃)에서도 백금 원자가 뭉치지 않고 500시간 이상 안정적으로 작동했다고 밝혔다. 전력과 수소 생산 성능도 기존 촉매보다 3~4배 높으며 전극반응속도는 10배 가량 높은 것으로 나타났다.

연구팀은 차세대 친환경 연료전지인 고체산화물 연료전지의 상용화를 앞당기게 될 것으로 기대했다.

윤경중 박사는 "이번 연구에서 개발된 촉매는 쉽고 단순한 저가 공정을 이용해 다양한 종류의 고체 산화물 연료전지 및 고온 전기화학 소자에 폭넓게 적용할 수 있어 차세대 친환경 발전장치와 에너지 저장장치 개발에 폭넓게 활용될 수 있을 것으로 기대된다"라고 밝혔다.

특히 "단일원자 촉매가 700℃ 이상의 매우 높은 온도에서도 안정적으로 작동할 수 있다는 가능성을 제시함에 따라 향후 고온 열화학 반응, 고온 전기화학 반응 등으로 활용 범위가 크게 확장될 수 있으리라 기대한다"고 밝혔다.

고체 산화물 연료전지는 세라믹을 전해질로 사용하는 연료전지다. 700℃ 이상의 고온에서도 작동되기 때문에 연료전지 중 가장 높은 효율을 낼 수 있는 데다, 발전 과정에서 발생하는 수증기를 분해해 수소를 재생산하는 복합발전까지 가능한 연료전지다.

황준호 기자 rephwang@asiae.co.kr