차세대 '알칼리 연료전지' 상용화 앞당긴다

[아이뉴스24 양태훈기자] 국내 연구진이 차세대 연료전지인 '알칼리 연료전지'의 생산성을 높일 수 있는 '고성능 비백금계 로듐기반 나노 촉매' 개발에 성공했다.

기존 알칼리 연료전지에 사용됐던 고가의 백금 대신 로듐 합금을 이용, 성능향상 및 생산기간 단축의 이점도 확보했다.

18일 한국과학기술연구원(KIST, 원장 이병권)은 유성종 연료전지연구센터 박사팀과 성영은 서울대학교 기초과학연구원 나노입자연구단 교수가 고체 알칼리막 연료전지에 사용가능한 고성능 비백금계 로듐기반 나노 촉매를 개발했다고 밝혔다.

알칼리 연료전지는 수소와 산소의 전기화학 반응에 의한 전기 에너지 발생 과정에서 물만 배출, 차세대 친환경 에너지원으로 각광받고 있다.

그간 알칼리 연료전지는 나노 촉매로 전기화학적 활성이 우수한 백금 및 팔라듐 기반의 합금 나노 입자를 사용하는 것이 일반적이었지만, 이는 촉매 전체의 내구성을 감소시키는 소재 자체의 안정성에 한계가 있었다.

국내 연구진이 개발한 비백금계 로듐기반 나노 촉매는 기존 백금 및 팔라듐 기반 합금 나노 소재보다 안정성을 높이면서, 약 4배 향상된 성능을 확보한 것이 특징이다.

연구진은 로듐에 대해 연료전지용 촉매 연구를 진행, 로듐과 주석 합금 나노 입자가 연료전지의 전기화학적 산소 환원 반응에 있어 우수한 특성을 갖는다는 것을 밝혀냈다. 또 나노미터(nm, 10억분의 1미터) 수준에서 재료의 표면 제어 기술을 사용하면, 고안정성 및 고활성 연료전지용 촉매 소재로 활용이 가능하다는 것도 증명했다.

특히, 개발된 촉매는 기존 합성법이 최대 48시간의 시간을 필요로 하는 것과 달리 전자레인지와 동일한 원리(극초단파)를 통해 10분 내에 간편히 제조할 수 있어 생산성 역시 크게 향상됐다.

이는 기존 연료전지용 소재 합성법과 달리 화학 첨가물 투입 및 추가 공정 과정이 배제되는 만큼 신속한 소재 제조 기술 및 공정 단순화 기술 결합이 가능한 덕분이다.

유성종 KIST 박사는 "이번 연구는 연료전지용 촉매 성능 향상 뿐 아니라 기존 연료전지용 촉매에 대한 한정적 선택 환경을 극복하고 새로운 소재의 촉매 설계가 가능해졌다는 점이 핵심"이라며, "향후 차세대 에너지 변환 소재의 설계 및 제조 공정 기술 발전에 기여할 수 있을 것으로 기대한다"고 연구의의를 밝혔다.

한편, 이번 연구는 과학기술정보통신부의 신재생에너지핵심기술사업 한국연구재단, 산업통상자원부 지원으로 수행, 촉매 분야의 국제 학술저널인 미국화학회 촉매지(ACS Catalysis, IF : 10.614)에 9월 1일자 온라인 게재됐다.

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