IBS 현택환 단장팀
백금을 절반만 사용하면서 성능을 10배 이상 높인 수소연료전지 촉매가 개발돼 수소연료자동차 경쟁력 업그레이드로 이어질 전망이다.
기초과학연구원(IBS) 나노입자연구단 현택환 단장팀은 백금 함량을 절반으로 낮추면서 발전 효율성과 안정성을 동시에 높인 '수소연료전지 촉매'를 개발했다고 7일 밝혔다.
수소연료전지는 백금 촉매가 들어간 탄소다공체 전극과 고분자 전해질로 구성된다. 수소를 연료원으로 해 전류가 발생하고, 부산물인 수소이온은 공기 중 산소와 반응해 순수한 물이 되기 때문에 친환경 에너지원이다.
하지만 수소연료전지는 발전효율을 결정하는 핵심 소재인 백금 촉매가 고열의 구동 환경에서 쉽게 변형돼 제 기능을 발휘하지 못하고, 가격이 비싸다는 문제가 있다. 이 때문에 백금 함량은 낮추고 발전효율은 높이기 위한 연구가 전 세계적으로 이뤄지고 있다.
연구팀은 백금과 철 나노입자를 이용해 나노합금을 만드는 방법으로 백금 함량을 기존의 절반 정도로 줄였다. 또 1나노미터 이하의 얇은 탄소원자막을 나노합금 표면에 입혀 고열에서 백금과 철 나노입자의 팽창을 억제하고, 촉매끼리 합쳐지는 현상을 막아 발전효율을 높였다. 백금과 철로 이뤄진 나노합금 표면에 액체 상태인 생체 신경전달물질 '도파민'을 입혀 열 처리를 하면 탄소원자막이 생긴다는 게 연구팀의 설명이다.
이 촉매를 수소연료전지에 적용하자 발전량이 기존 촉매 0.14㎃/g에서 1.6㎃/g로 10배 이상 증가했다. 또 제품 수명에 가까운 1만회 구동했을 때 성능 저하가 나타나지 않았다. 상용화 연료전지 시스템에 적용했을 경우에는 100시간 구동 시 3%의 성능 저하 현상을 보였다.
이 연구결과는 화학 분야의 세계적 학술지 '미국화학회지(JACS)' 온라인판 4일자에 실렸다.
연구를 주도한 성영은 IBS 그룹리더(서울대 교수)는 "수소연료전지차 보급 확대와 연료전지 기반 사업의 획기적 전환점을 가져오는 연구결과가 될 것"이라고 말했다.
대전=이준기기자 bongchu@
기초과학연구원(IBS) 나노입자연구단 현택환 단장팀은 백금 함량을 절반으로 낮추면서 발전 효율성과 안정성을 동시에 높인 '수소연료전지 촉매'를 개발했다고 7일 밝혔다.
수소연료전지는 백금 촉매가 들어간 탄소다공체 전극과 고분자 전해질로 구성된다. 수소를 연료원으로 해 전류가 발생하고, 부산물인 수소이온은 공기 중 산소와 반응해 순수한 물이 되기 때문에 친환경 에너지원이다.
하지만 수소연료전지는 발전효율을 결정하는 핵심 소재인 백금 촉매가 고열의 구동 환경에서 쉽게 변형돼 제 기능을 발휘하지 못하고, 가격이 비싸다는 문제가 있다. 이 때문에 백금 함량은 낮추고 발전효율은 높이기 위한 연구가 전 세계적으로 이뤄지고 있다.
연구팀은 백금과 철 나노입자를 이용해 나노합금을 만드는 방법으로 백금 함량을 기존의 절반 정도로 줄였다. 또 1나노미터 이하의 얇은 탄소원자막을 나노합금 표면에 입혀 고열에서 백금과 철 나노입자의 팽창을 억제하고, 촉매끼리 합쳐지는 현상을 막아 발전효율을 높였다. 백금과 철로 이뤄진 나노합금 표면에 액체 상태인 생체 신경전달물질 '도파민'을 입혀 열 처리를 하면 탄소원자막이 생긴다는 게 연구팀의 설명이다.
이 촉매를 수소연료전지에 적용하자 발전량이 기존 촉매 0.14㎃/g에서 1.6㎃/g로 10배 이상 증가했다. 또 제품 수명에 가까운 1만회 구동했을 때 성능 저하가 나타나지 않았다. 상용화 연료전지 시스템에 적용했을 경우에는 100시간 구동 시 3%의 성능 저하 현상을 보였다.
이 연구결과는 화학 분야의 세계적 학술지 '미국화학회지(JACS)' 온라인판 4일자에 실렸다.
연구를 주도한 성영은 IBS 그룹리더(서울대 교수)는 "수소연료전지차 보급 확대와 연료전지 기반 사업의 획기적 전환점을 가져오는 연구결과가 될 것"이라고 말했다.
대전=이준기기자 bongchu@
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