국내연구진이 알칼라인 연료전지의 촉매로 쓰이는 백금을 대체할 탄소계 촉매를 개발했다.
한국과학기술연구원(KIST)은 오늘(25일) 산하의 수소 · 연료전지연구단과 충남대학교 연구진이 공동연구를 통해 차세대 연료전지로 각광받고 있는 알칼라인 연료전지에 사용되는 고가의 촉매인 백금을 대체적용할 수 있는 저가형 촉매를 개발했다고 밝혔다.
연료전지는 수소, 산소의 화학에너지를 전기에너지로 변환시키면서 전기와 물만을 생성시켜 차세대 연료전지로 주목을 받고 있었다. 특히 알칼라인 연료전지는 강한 염기성인 알칼리성을 띄는 조건에서 전기에너지를 생산하는 전지이다.
다만 촉매로 이용되는 백금이 경제성에 한계가 있었다. 현재 백금의 가격은 약31g당 875달러(약 103만원)이다. 이에 전이금속을 합금화한 나노촉매와 탄소계 촉매를 이용하는 연료전지에 대한 연구가 진행되고 있다.
국내연구진은 코발트 재질의 코어에 그래핀 구조의 탄소 껍질을 갖는 코어-쉘(Core-Shell)구조의 촉매를 개발하여 이전까지 연료전지의 내구성과 경제성을 개선했다.
또한 이런 코어-셸구조는 기존의 상용 백금촉매와 유사한 구조여서 대체 가능성도 높을 것으로 보인다.
연구진은 코발트 금속 위에 그래핀 껍질을 형성할 경우, 산소환원반응에 유리한 그래핀 표면 전자구조를 유도한다는 사실을 실험적으로 밝혀냈고, 분석을 통해 그래핀 표면에서 반응이 발생한다는 사실을 확인했다.
또한 연료전지 구동에 중요한 요소인 전극의 소재를 다른 연구진이 개발한 탄소계 소재에 비해 3배 이상 얇게 만들어냈다. 그럼에도 현재 상용화된 백금계 소재와 유사한 연료전지 성능이 구현되는 점이 확인됐다.
이에 백금계 소재를 대체할 탄소계 소재 촉매 중에서 상용화 시기가 가장 빠를 수 있음을 입증했다.
연구진은 “이번 연구는 알칼라인 연료전지의 상용화를 위한 핵심 소재 개발 연구가 활발한 가운데, 명확하지 않았던 산소환원반응이 발생하는 활성점에 대한 규명과 실제 연료전지 구동에 핵심인 전극 구성에 대한 관점을 포함한 새로운 개발 방향에 대한 가능성을 볼 수 있었다.”고 연구의의를 설명했다.
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