수소연료전지 성능 21배 높여…비싼 백금 적게 쓰는 ‘새 나노촉매’ 개발

수소자동차의 동력원으로 쓰이는 수소연료전지 성능을 획기적으로 높일 수 있는 새로운 나노촉매기술이 개발됐다. 이 기술은 연료전지뿐 아니라 수소생산의 핵심 기술인 '물 분해 수소생산' 등 다양한 친환경 에너지 생산에 폭넓게 활용할 수 있다.

KAIST는 정우철·김상욱 교수 연구팀이 김현유 충남대 교수팀과 공동으로 금속 나노소재를 이용해 수소연료전지의 성능을 21배 가량 향상시키는 기술을 개발했다고 25일 밝혔다.

최근 에너지 환경기술 분야에서는 10나노미터 이하 크기의 금속 나노입자는 매우 적은 양으로 높은 촉매 활성을 가져 이를 적용하기 위한 연구가 활발하다. 신소재들은 가격이 매우 비싸고 높은 온도에서 입자들끼리 뭉치면 촉매 활성이 떨어지는 고질적인 문제를 안고 있기 때문이다.

아울러 600도 이상의 높은 온도를 활용해 효율을 높인 고체산화물 연료전지는 여러 장점에도 불구하고, 고온에 따른 소재와 시스템 비용 증가 등의 문제를 안고 있었다.

연구팀은 블록공중합체 자기조립을 이용한 금속 나노패턴기술을 적용해 산화물 연료전지 전극 표면에 10나노크기의 금속 나노입자를 균일하게 합성하는 데 성공했다. 이렇게 합성된 나노입자는 열적·화학적으로 안정화돼 하나의 입자가 갖는 촉매 특성을 고온에서 정확히 분석해 연료전지 성능을 높일 수 있었다고 연구팀은 설명했다.

가령, 가장 우수한 촉매인 백금 나노입자의 경우 약 300나노그램(0.015원 가치)의 적은 양으로도 연료전지 성능을 21배까지 높일 수 있었고, 팔라듐은 11배, 코발트는 6배 가량 성능 개선효과를 거둘 수 있다.

정우철 교수는 "단순히 값비싼 촉매 양을 늘리는 비효율적인 방법에서 벗어나 매우 적은 양의 나노입자를 이용해 고성능 연료전지를 개발할 수 있는 기술적 토대를 마련했다는 데 의미가 있다"고 말했다.

한편 이 연구성과는 국제 학술지 '네이처 나노테크놀로지(지난 18일자)' 온라인판과 3월호 표지로 선정됐으며, 연구재단의 지원을 받아 연구가 수행됐다. 대전=이준기기자 bongchu@dt.co.kr