“백금보다 80배 싼 전극소재 개발”...카이스트, 수소차 상용화 이끈다

니켈-몰리브데넘 촉매 성능입증

국내 연구진이 탄소중립 핵심기술인 수소에너지 상용화를 앞당길 핵심원천기술 개발에 성공했다.

카이스트(KAIST)는 신소재공학과 조은애(사진) 교수 연구팀이 고가의 백금을 대체할 수 있는 저렴하지만 고성능을 가진 전극 소재를 개발했다고 11일 밝혔다.

탄소 중립에 도달하기 위해 수소가 미래 에너지원으로 주목받고 있다. 수소 연료전지는 수소와 공기 중의 산소를 반응시켜 전기를 생산하는 발전장치로, 중소형 발전 뿐만 아니라 승용차, 버스, 선박 등과 같은 운송 수단의 동력원으로 개발되고 있다. 하지만 현재 전극 재료로 귀금속인 백금을 사용하고 있어 가격을 낮추는 데 걸림돌이 되고 있다.

연구팀은 차세대 연료전지로 개발되고 있는 음이온 교환막 연료전지용 전극 소재로 백금보다 우수한 성능을 갖는 ‘니켈-몰리브데넘 소재’를 개발했다. 특히 신규 개발 촉매를 실제 연료전지에 적용하는 경우 다양한 변수에 의해 실성능을 얻지 못하는 경우가 많다. 연구팀은 이번 연구에서 이 같은 한계를 극복하고 실제 연료전지에 신규 개발 촉매를 적용하는데 성공했다.

니켈은 음이온 교환막 연료전지용 비귀금속 전극 소재로 주목받았으나, 백금 성능의 100분의 1에도 미치지 못해 실제 적용되지 못하고 있었다. 연구팀이 개발한 니켈-몰리브데넘 촉매는 백금보다 성능이 우수하고 가격은 80분의 1에 불과해 백금을 대체할 수 있을 것으로 기대된다. 연구팀은 니켈-몰리브데넘 촉매를 연료전지에 적용해 성능을 확보하는 데도 성공했다.

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

이번 연구결과는 재료분야 국제학술지 ‘어플라이드 카탈리시스 비: 엔바이론멘탈’ 4월 5일 온라인 게재됐다.

구본혁 기자

nbgkoo@heraldcorp.com