수소연료전지 내구성을 10배 끌어올렸다

KIST, 백금 대체할 신소재 나노튜브 개발
백금촉매 대비 성능 2배·내구성 10배 향상

한국과학기술연구원(KIST) 수소·연료전지연구센터 유성종 박사팀이 만든 루테늄 칼코게나이드 나노튜브가 연료전지의 촉매로 적용돼 산소 환원 반응이 일어나고 있다. KIST 제공

[파이낸셜뉴스] 한국과학기술연구원(KIST)은 15일 수소·연료전지연구센터 유성종 박사팀이 연료전지에 들어가는 백금을 대체할 루테늄 칼고게나이트 나노튜브 신소재를 개발했다고 밝혔다. 루테늄 칼고게나이트로 촉매를 사용해 만든 연료전지는 백금 대비 10배 이상 내구성이 좋아졌으며, 전지 성능도 2배 이상 향상됐다.

금속 칼코게나이트는 칼고겐 원소가 전이금속 원자와 결합한 2차원 시트구조의 반도체 물질이다. 이 반도체 물질은 다양한 형태로 존재하며 각기 다른 전기적, 광학적, 촉매적 활성을 나타낸다. 그 중에서도 금속성을 띠는 실형태의 1차원 물질은 우수한 전기전도성 및 촉매 성능을 나타내지만 안정성이 낮아 공기 노출, 전기화학 반응 등에 의해 촉매활성을 잃는 한계가 존재한다.

연구진은 금속 칼코게나이트로 촉매의 내구성을 높이기 위해 초미세 직경을 갖는 나노튜브 형태로 만드는데 성공했다. 이 구조는 높은 표면 곡률을 갖기 때문에 커다란 장력이 유도돼 연료전지 작동 중에도 장력에 의해 촉매의 원자 배열이 안정하게 존재했으며, 촉매로 만들어 작동한 결과도 안정적이었다.

성능 평가에서 루테늄 칼코게나이드 나노튜브를 산소환원반응 촉매로 활용했을 때 기존에 사용되는 백금보다 수소연료전지 성능이 2배 향상됐다. 또 10배 이상 높은 내구성을 나타냈다.
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