차세대 수소연료전지 백금 전극 대체할 신소재 나왔다

조은애 KAIST 신소재공학과 교수 연구진

KAIST 연구진이 음이온 교환막 수소연료전지의 백금 전극을 대체할 소재를 개발했다. 가격은 80분의 1수준이지만, 성능은 오히려 높아 수소연료전지 상용화에 기여할 것으로 보인다. 왼쪽부터 조은애 KAIST 신소재공학과 교수, 권용근 박사과정 연구원. /KAIST

국내 연구진이 차세대 수소연료전지의 생산 가격을 크게 떨어뜨릴 수 있는 기술을 개발했다. 차세대 수소연료전지로 평가받는 음이온 교환막 연료전지 전극에 쓰이는 백금보다 가격은 저렴하고 성능은 우수한 대체 소재를 개발해 상용화를 앞당길 수 있을 것으로 기대를 모은다.

조은애 한국과학기술원(KAIST) 신소재공학과 교수가 이끄는 연구진은 백금을 대체할 수 있는 저렴하지만 고성능을 가진 전극 소재를 개발하는 데 성공했다고 11일 밝혔다.

KAIST 연구진은 차세대 연료전지로 개발되는 음이온 교환막 연료전지용 전극 소재로 ‘니켈-몰리브데넘’ 소재를 만들었다. 지금은 백금을 전극 소재로 사용하고 있지만 가격이 비싼 탓에 다양한 대체 소재의 개발이 이뤄지고 있다. 하지만 백금 수준의 성능을 낼 수 있는 대체 소재는 아직 나오지 않고 있는 상황이다.

니켈은 백금 가격의 80분의 1 정도로 저렴해 음이온 교환막 연료전지의 전극 소재로 주목을 받았지만, 성능은 백금의 100분의 1 수준에 불과해 상용화까지 이르지는 못하고 있다.

KAIST 연구진은 코발트·철·아연·크롬·몰리브덴·텅스텐 6종의 금속을 니켈에 전기도금해 전극으로서 성능을 확인했다. 그 결과 니켈에 몰리브덴을 도금했을 때 전류 밀도는 ㎠당 1.1㎃로, 백금의 전류 밀도인 ㎠당 1.0㎃보다 10% 이상 성능이 개선되는 것으로 나타났다.

조은애 교수는 “순수한 니켈은 성능이 낮지만, 산화 몰리브데넘을 이용해 니켈의 전자구조를 변화시켜 성능을 비약적으로 높였다ˮ며 “공정 특성상 대량 생산에도 적합하며 향후 음이온 교환막 연료전지에 적용할 수 있을 것으로 기대한다”고 말했다.

연구 결과는 국제 학술지 ‘어플라이드 카탈리시스 B: 엔바이론멘탈’에 지난달 5일 소개됐다.

참고자료

Applied Catalysis B: Environmental, DOI: https://doi.org/10.1016/j.apcatb.2023.122740

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