값비싼 백금 사용량 반으로 줄인 연료전지 촉매 제조법 개발

엄영랑 원자력연 책임연구원 연구팀
국내 중소기업에 기술이전

‘전자선 조사 수소연료전지 촉매소재 투과전자현미경사진과 제조분말 시제품. /한국원자력연구원 제공

국내 연구진이 전자선을 활용해 값비싼 백금을 기존 대비 절반 정도만 쓰고도 고품질·대량생산이 가능한 연료전지 촉매 제조기술을 개발했다. 이 기술은 민간기업에 이전돼 상용화 절차를 밟을 계획이다.

한국원자력연구원(원자력연)은 ‘백금저감 수소연료전지용 촉매 제조기술’을 ㈜제브에 이전하는 기술실시계약을 체결했다고 8일 밝혔다. 기술이전료 5000만원에 더해 향후 매출액 1%를 로열티로 받는 조건이다.

이번 기술은 엄영랑 원자력연 하나로이용부 책임연구원 연구팀이 개발했다. 전자선을 활용해 백금 사용량을 기존보다 40% 줄이면서 대량생산이 가능한 코어(중심)-쉘(껍데기) 구조의 수소연료전지용 촉매 제조기술이다.

수소연료전지는 수소와 산소의 전기화학반응으로 발생한 전기와 열을 이용해 작동한다. 일반 화학전지와 달리 제조 과정에서 환경오염물질이 나오지 않아 차세대 친환경 에너지로 각광받고 있다. 이에 전기자동차는 물론 항공기, 열차와 같은 이동수단 전반에 수소연료전지를 적용하기 위한 연구개발이 한창이다.

수소연료전지 중에서도 고분자전해질 연료전지는 무게가 가볍다는 특성 때문에 많은 주목을 받고 있다. 연료전지 내부에서 전기, 열이 효과적으로 발생하도록 백금과 탄소를 섞어 만든 촉매를 이용한다. 그런데 백금은 가격이 비싸고 내구성이 약하다는 단점이 있다. 또 촉매를 만들려면 전구체(화학반응 과정에서 최종 물질을 얻기 직전 단계의 중간 물질)가 필요한데 그 종류를 고르기가 까다롭다. 이를 비롯한 여러 문제들로 제조시간이 길고 대량생산이 어려웠다.

연구팀이 새로 개발한 촉매 제조기술은 전구체 종류에 상관 없이 촉매를 빠른 속도로 대량 생산할 수 있다. 촉매 재료가 되는 용액에 전자선을 조사해 1~3분 안에 화학반응을 일으켜 촉매를 만드는 방식이다. 연구팀이 개발한 기술을 쓰면 10MeV(메가전자볼트)급 고에너지 전자선을 한 번에 50L씩 대용량으로 만들 수 있다. 이를 통해 한 번에 ㎏단위씩 촉매를 만들 수 있다는 게 연구팀 설명이다.

연구팀은 지난 2020년부터 과학기술정보통신부 방사선고부가신소재사업 지원을 받아 이번 기술을 개발했다.

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