수소차 연료전지 발전성능 2배로...IBS 현택환 단장 연구팀

교신저자로 연구에 참여한 현택환(오른쪽) 기초과학연구원(IBS) 나노입자 연구단 단장과 성영은 부연구단장. IBS 제공

국내 연구팀이 수소차 연료전지의 발전성능을 2배로 끌어올리는 기술을 개발했다. 세계 최고 수준의 연료전지 성능을 확보한 것이다. 

기초과학연구원(IBS)은 현택환 나노입자연구단 단장과 성영은 부연구단장 연구팀이 연료전지의 발전 효율을 높이는 새로운 촉매합성법을 개발했다고 16일 밝혔다. 

수소 연료전지 촉매로 사용되는 백금은 가격이 1kg당 3000만원 이상으로 비싸다. 고성능 촉매 합성법 역시 제한적인 상황이라 수소 에너지 산업은 사업성이 떨어진다는 평가를 받고 있다. 

연구팀이 개발한 기술은 백금 촉매를 손쉽게 대량 생산하는 기술이다. 열처리 공정만으로 간단하게 백금 기반 연료전지 촉매를 합성한다. 개발한 촉매는 백금과 코발트라는 2개의 금속 원소가 결합한 구조다. 탄소 지지체 위에 두 원소를 두고 온도를 900℃까지 올리면 두 금속 원소가 규칙적으로 배열되며 4nm 크기의 나노 결정을 이룬다.

촘촘히 배치된 나노입자로 산소 기체의 이동도 용이해진다. 연료전지의 반응물로 사용되는 산소 기체의 유입이 쉬워 효율이 더욱 좋아진다는 의미다. 이온의 이동을 용이하게 하는 아이노머라는 첨가제를 탄소 기판 위에 고르게 분산시켜 기존 촉매가 연료전지로 구현됐을 때 제 성능을 구현하지 못하는 문제도 해결했다.

연구팀은 개발한 촉매를 장착해 연료전지의 성능을 평가했다. 같은 무게의 백금을 사용했을 때 기존 수소자동차 대비 약 2배의 전력을 생산하는 것으로 나타났다. 연구팀은 “연료전지 가격의 40%를 차지하는 값비싼 백금의 사용량을 2배 절감할 수 있다”며 “미국 에너지부(DOE)가 제시한 2025년 개발 목표치를 달성한 우수한 성능”이라고 말했다.

현택환 나노입자연구단 단장은 “값비싼 백금 촉매를 손쉽게 대량 생산하고, 소량의 촉매만으로도 더 높은 발전 성능과 내구성을 구현할 수 있는 원천기술”이라고 말했다. 성영은 부연구단장은 “수소자동차의 산업적 발전은 물론 탄소 중립을 위한 수소 경제 달성에도 큰 기여를 할 것”이라고 밝혔다. 이번 연구결과는 국제학술지 ‘에너지와 환경과학’에 지난달 30일 온라인으로 공개됐다.
 

[고재원 기자 jawon1212@donga.com]