지스트, 저가형 차세대 연료전지 촉매 개발

박찬호 교수 연구팀(왼쪽부터 한성훈 석사과정생, 김종경 석박통합과정생, 박찬호 교수) 사진=지스트 제공

[아시아경제 호남취재본부 조형주 기자] 지스트(광주과학기술원)는 박찬호 에너지융합대학원 교수 연구팀이 백금보다 저렴한 비귀금속 산소 환원 반응 촉매에 이종원소를 도입해 촉매 활성을 향상시키는 데 성공했다고 3일 밝혔다.

기존 연구는 비귀금속 촉매에 코발트와 같은 비교적 값비싼 전이금속을 추가하여 성능을 개선해왔으나 이번 연구에서는 값싼 철이 주성분인 비귀금속 촉매에 이종 원소를 도입하여 촉매 제조 단가를 크게 높이지 않는 동시에 최적화된 촉매 활성을 확보하고 이중(Dual) 촉매 활성점을 제안했다.

또 이 촉매를 한국에너지기술연구원 배병찬 박사 연구팀과 협력하여 전극으로 구현하여 단위전지 성능을 평가했다.

연구팀은 반쪽 전지 시험 결과, 염기성 조건에서 백금보다 성능이 뛰어난 비귀금속 촉매를 제시했다.

연구팀은 철과 구리의 비율과 이종 원소의 유무 등을 바꾸어 촉매 활성과 구조를 분석했으며 이러한 결과를 미국 조지아공대의 장승순 교수 연구팀의 도움을 받아 계산 화학으로 비귀금속 촉매에 구리를 도입하였을 때 촉매 활성이 향상되는 원인을 규명했다.

이종 원소 도입에 따라 철의 산화 상태가 변화하여 산소 환원 반응 중 반응 중간체의 흡착 상태를 변화시킴으로써 반응 속도가 향상됨을 확인했다.

연구팀은 철이 구리보다 많이 들어가면 쉽게 뭉치고 구리가 더 많이 들어가면 촉매 활성점의 수가 부족하여 철과 구리의 비율이 1:1일 때 가장 높은 활성을 지니는 것을 실험으로 입증했다.

박찬호 교수는 "이번 연구는 차세대 음이온 교환막 연료전지에 적용되는 비귀금속 촉매를 개발했다는데 의의가 있다"면서 "향후 촉매 개발의 방향성을 제시했을 뿐 아니라 전극 최적화를 진행하면 음이온 교환막 연료전지 가격 절감에 기여할 것으로 기대한다"고 말했다.

호남취재본부 조형주 기자 ives0815@asiae.co.kr