비싼 백금 대체할까..성능·안정성 높인 연료전지 기술 개발

KIST 연구팀, 금속 칼고게나이드 나노튜브 합성
백금 촉매 사용 대비 성능 높이고, 내구성 10배 향상

[이데일리 강민구 기자] 국내 연구진이 연료전지에 필요한 촉매 안정성과 경제성을 동시에 확보할 가능성을 제시했다. 앞으로 수소연료전지 촉매로 적용하면 높은 효율과 안정성을 높여 비싼 백금을 대체할 수 있을 것으로 기대를 모은다.

유성종 KIST 책임연구원.(사진=KIST)

한국과학기술연구원(KIST)은 유성종 수소·연료전지연구센터 박사 연구팀이 초미세 나노튜브 신소재를 도입해 우수한 산소환원 반응 성능과 높은 안정성을 가진 금속 칼고게나이드 나노튜브를 합성했다고 13일 밝혔다.

칼코겐은 산소족 원소로 불린다. 이 원소가 전이금속 원자와 결합하면 금속 칼코게나이드라 불리는 2차원 시트구조의 반도체 물질이 된다. 이들은 다양한 형태로 있고, 각기 다른 전기적, 광학적, 촉매 활성을 나타낸다.

그 중 금속성을 띠는 1T상 물질은 우수한 전기전도성과 촉매 성능을 나타내지만, 안정성이 낮아 공기 노출, 전기화학 반응에 의해 촉매활성을 잃었다.

이에 연구팀은 ‘루테늄 칼고게나이트’를 새로운 소재로 제안하고, 촉매 내구성을 높이기 위해 이를 초미세 직경을 지닌 나노튜브 형태로 만들었다. 구조적으로 표면 곡률이 높아 커다란 장력을 유도해 연료전지 구동 중에도 장력에 의해 촉매를 안정화했다.

성능 평가 결과, 루테늄 칼코게나이드 나노튜브를 산소환원반응 촉매로 활용했을 때 기존 백금 촉매 보다 우수한 수소연료전지 성능을 나타냈고, 내구성은 10배 이상 높게 나타났다.

유성종 박사는 “지금까지 내구성이 낮아 활용이 제한됐던 다양한 소재를 수소연료전지를 비롯한 친환경에너지 기술에 적용할 수 있다”며 “수소경제 안착과 탄소 중립 기술 개발을 위해 힘쓰겠다”고 했다.

연구 결과는 재료과학 분야 국제학술지 ‘Advanced Energy Materials’ 최신 호에 게재됐다.

강민구 (science1@edaily.co.kr)