국내 연구진이 소량의 백금만 사용해 고온에서 안정적으로 작동하는 촉매를 개발했다.
한국과학기술연구원(KIST)은 13일 에너지소재연구단 윤경중 박사와 신지수 연구원 연구팀이 한양대 이윤정 교수와 공동연구를 통해 단일원자 촉매를 개발했다고 밝혔다.
현재 연료전지 분야에서 폭 넓게 사용되는 백금계 촉매는 반응에서 어떤 물질과도 비교할 수 없을 만큼 좋은 성능을 보이지만, 고온에선 원자들이 쉽게 뭉쳐 효율이 떨어진다는 단점이 있다. 제한된 매장량과 높은 가격도 상용화의 장애물로 꼽힌다.
이에 연구팀은 백금 원자와 세륨 산화물 나노입자를 결합시켰다. 백금 원자 하나하나가 나노입자 표면에 개별적으로 분산돼 있어 고온에서도 분산된 원자 상태를 장시간 유지할 수 있기 때문에 모든 백금 원자가 반응에 원활하게 참여할 수 있었다.
이렇게 개발된 촉매는 전극의 반응속도를 10배 이상 높이고, 700도 이상 고온에서도 500시간 안정적으로 작동하며 전력·수소 생산 성능을 3~4배 향상시키는 것으로 확인됐다.
KIST 윤경중 박사는 “이번 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 것”이라며 “특히 단일원자 촉매가 700도 이상의 매우 높은 온도에서도 안정적으로 작동할 수 있다는 가능성을 제시함에 따라 향후 고온 열화학 반응, 고온 전기화학 반응 등으로 활용범위가 크게 확장될 수 있으리라 기대한다”고 밝혔다.
한편 이번 연구는 과학기술정보통신부 지원으로 KIST 주요사업과 한국연구재단 기후변화대응기술개발사업으로 수행됐다. 연구결과는 ‘Energy & Environmental Science’ (IF: 30.289, JCR 분야 상위 0.189%)에 게재됐다.
