[충청뉴스 이성현 기자] 국내 연구진이 연료전지의 발전 효율을 크게 높일 수 있는 새로운 촉매 합성법을 개발했다.
기초과학연구원(IBS)은 나노입자 연구단 성영은 부연구단장 연구팀이 열처리 공정만으로 간단하게 백금 기반 연료전지 촉매를 합성하는 기술을 개발하고 발전 성능을 기존 대비 2배 가량 높였다고 16일 밝혔다.
수소 에너지를 전기 에너지로 변환하는 데에는 연료전지가 가장 널리 활용된다.
연료전지는 수소(H2)와 산소(O2)를 이용해 전기를 생산하고, 부산물로 물(H2O)만을 배출하는 친환경적인 발전시스템으로 수소발전소 등 수소 산업 곳곳에서 폭넓게 활용될 것으로 기대된다. 특히, 수소자동차와 수소전기트럭은 전기자동차보다 높은 효율을 낼 수 있어 이상적인 이동수단으로 꼽힌다.
하지만 연료전지 촉매로 사용되는 백금(Pt)의 가격이 1㎏ 당 3000만 원 이상이며 고성능 촉매를 합성하기 위한 합성법이 제한적인 상황이다.
이에 IBS 연구진은 간단한 열처리 공정으로 백금 기반 촉매를 합성하는 새로운 방법을 고안했다. 연구진이 개발한 촉매는 백금(Pt)과 코발트(Co)라는 2개의 금속 원소가 결합한 구조다.
탄소 지지체 위에 두 원소를 두고 온도를 900℃까지 올리면, 두 금속 원소가 규칙적으로 배열되며 4nm 크기의 나노 결정을 이룬다. 불안정한 코발트 주변을 백금 원자들이 규칙적으로 둘러싸 보호하기 때문에 촉매의 성능과 안정성이 매우 뛰어나다. 또 합성 과정에서 유독한 용매나 계면활성제 등이 필요하지 않다는 장점도 있다.
연구진이 고안한 합성법을 이용하면 탄소 지지체 위에 다량의 나노입자를 촘촘히 배치할 수 있어, 산소 기체의 이동도 용이해진다는 설명이다.
여기에 이온의 이동을 용이하게 하는 아이노머라는 첨가제를 탄소 기판 위에 고르게 분산시켜, 기존 촉매가 연료전지로 구현됐을 때 제 성능을 구현하지 못하는 문제를 해결했다.
연구진은 개발한 촉매를 장착해 연료전지의 성능을 평가했다. 같은 무게의 백금을 사용했을 때 기존 수소자동차 대비 2배 가까운 전력(5.9kW/gpt)을 생산하는 것으로 확인됐다.
성영은 부연구단장은 “연료전지 상용화의 걸림돌이었던 문제를 해결하고, 세계 최고 수준의 연료전지 성능을 확보했다”며 “수소자동차의 산업적 발전은 물론 탄소 중립을 위한 수소 경제 달성에도 큰 기여를 할 것으로 기대한다”고 밝혔다.
