KIST, 고내구성 단원자 촉매 개발

[충청뉴스 이성현 기자] 한국과학기술연구원(KIST)은 수소·연료전지연구센터 유성종 박사 연구팀이 경희대 및 강원대 연구팀과 기존 코발트 나노입자 형태 촉매보다 약 40% 향상된 성능과 안정성을 가진 코발트 촉매를 제조했다고 1일 밝혔다.

기존 촉매의 경우 전이금속 전구체, 탄소구조체등을 단순 혼합하고 700~1000℃에서 열분해 과정을 통해 만들었다. 이 경우 금속의 뭉침현상, 낮은 비표면적 등으로 활성을 향상하는 데에 한계가 있었다.

이 때문에 학계에서는 단원자 촉매를 주목했으나 기존 보고된 단원자 촉매는 입자 종류에 따라 사용되는 화학물질과 합성법이 달라지기 때문에 소량생산만이 가능했으며 공정보다는 성능향상에 연구가 강조되는 실정이었다.

이에 연구진은 공업용 가습기를 이용한 스프레이 열분해법을 도입했다. 스프레이 열분해법은 가습기의 액적(방울)을 빠르게 열처리해 액적모양의 입자를 얻는 방법이다.

이 방법은 연속적인 공정으로 대량생산이 가능하고 공업용 가습기를 통해 입자를 만들기 때문에, 물에 잘 녹는 물질을 사용하면 어떠한 금속이라도 입자를 쉽게 제조할 수 있다.

이를 통해 개발한 코발트 탄소 단원자 촉매는 실제 연료전지 구동시 기존대비 40% 우수한 연료전지 성능과 함께 안정성 면에서도 탁월한 것을 확인했다. 그동안 코발트 촉매는 연료전지에 부반응을 일으키는 촉매로 보고돼 왔는데 이번 촉매는 연료전지에 정반응을 일으키는 촉매임을 계산과학으로 증명했다.

유성종 박사는 “이번 결과는 향후 코발트계 촉매 연구에 지표가 될 것으로 기대된다”며 “향후 연구의 범위를 확장하여 연료전지용 촉매뿐만 아니라 환경촉매, 수전해, 배터리 분야 등 모색할 계획”이라고 설명했다.