백금보다 성능·내구성 뛰어난… 탄소튜브 기반 합금촉매 개발

국내 연구진이 차세대 연료전지로 주목받는 알칼리 연료전지에 사용되는 고가의 백금 촉매를 대체할 수 있는 탄소튜브 기반 합금촉매를 개발했다. 백금촉매보다 훨씬 저렴하면서 성능과 내구성이 우수한 게 강점이다.

한국과학기술연구원(KIST) 연료전지연구센터 유성종 박사(사진)팀은 김광수 울산과기원(UNIST) 교수와 공동으로 알칼리 연료전지에 쓰이는 탄소튜브 기반 합금촉매를 개발했다고 17일 밝혔다.

알칼리 연료전지는 수소와 산소를 재료로 전기를 만들고 물만 배출하는 친환경 에너지원이다. 기존 알칼리 연료전지는 에너지를 발생시키는 촉매로 전기화학적 활성이 우수한 백금 기반 합금 나노입자를 주로 사용한다. 그러나 가격이 비싸면서 안정성도 떨어지는 문제가 있었다. 백금은 장시간 산화 환경에 노출되면 성능과 내구성이 떨어지는 한계가 있다.

연구팀은 알칼리 환경에서 적용 가능한 소재인 탄소튜브계 질소·전이금속 합금 나노 촉매를 연료전지에 적용한 결과 탄소튜브 내의 합금에 의해 촉매 표면에서 전자 이동과 산소분자의 흡착성이 높아져 산소환원 반응이 더 활발하게 일어난다는 사실을 확인했다. 개발된 촉매는 현재 상용화된 백금 촉매에 비해 30% 향상된 산소환원 반응 활성과 내구성을 보여줬다. 제조 단계에서 드는 합성 비용은 12분의 1 정도로 감소해 경제성도 우수하다. 연구진은 실제 연료전지에 적용해 구동이 되는 것도 밝혔다.

이 촉매는 고온에서 다양한 공정을 거치는 기존 제조법과 달리 열처리를 최소화한 공정을 적용, 시간당 촉매 생산량을 훨씬 높일 수 있다.

유성종 박사는 "이 연구를 통해 차세대 알칼리 연료전지용 저가형 촉매 상용화 가능성을 보여줬다는 데 의미가 있다"고 말했다.

이 연구는 과학기술정보통신부 지원을 통해 이뤄졌으며 연구결과는 국제학술지 '어드밴스드 에너지 머티리얼스' 표지논문으로 최근 게재됐다.

안경애기자 naturean@