저가형 차세대 연료전지 촉매기술 개발

연료전지 구동 시 고가의 백금과 유사한 성능…향후 차세대 촉매 연구 기여

탄소계 코어쉘 구조 나노 촉매 연구 개념 모식도

[아시아경제 김철현 기자] 한국과학기술연구원(KIST, 원장 이병권)은 수소·연료전지연구단 유성종 박사팀이 충남대학교 정남기 교수와의 공동연구를 통해 최근 차세대 연료전지로 각광받고 있는 '알칼라인 연료전지'에 사용되는 고가의 촉매인 백금을 대체해 적용 가능한 저가형 촉매를 개발했다고 25일 밝혔다.

KIST-충남대 공동연구진은 최근 연구를 통해 고가의 백금계 촉매를 대체 가능한 탄소계 촉매를 개발하고 연료전지 성능 및 내구성을 향상시키는데 성공했다고 설명했다. 코발트 재질의 코어에 그래핀 구조의 탄소 껍질을 갖는 '코어-쉘' 구조의 촉매를 개발해 경제성을 비롯한 성능 및 내구성이 우수한 촉매를 만들었다는 것이다. 연구진은 코어-쉘 구조를 통해 반응면적을 극대화 해 상용 백금 촉매와 유사한 구조의 전극을 형성했고, 이를 통해 우수한 연료전지 성능을 구현해 냈다.

연구진은 코발트 금속 상에 그래핀 껍질을 형성할 경우, 산소환원반응에 유리한 그래핀 표면 전자구조를 유도한다는 사실을 실험적으로 밝혀냈고, 분석을 통해 그래핀 표면에서 반응이 발생한다는 사실도 규명했다. 또한 실제 연료전지 구동에 핵심인 전극이 기존 탄소계 소재에 비해 3배 이상 얇음에도 불구하고 상용 백금계 소재와 유사한 연료전지 성능을 구현할 수 있게 만들어 비백금계 촉매의 상용화 시기를 앞당길 수 있음을 입증했다.

유성종 박사는 "이번 연구는 알칼라인 연료전지의 상용화를 위한 핵심 소재 개발 연구가 활발한 가운데, 명확하지 않았던 산소환원반응이 발생하는 활성점에 대한 규명과 실제 연료전지 구동에 핵심인 전극 구성에 대한 관점을 포함한 새로운 개발 방향에 대한 가능성을 볼 수 있었다"라고 했다.

김철현 기자 kch@asiae.co.kr