한기대 최순목 교수팀, '커피 찌꺼기' 활용 연료전지용 촉매 지지체 개발

기존 탄소 지지체 활용한 연료전지보다 3배 이상 내구성 향상

커피 찌꺼기를 원료로 탄화규소(SiC·실리콘카바이드) 표면에 그래핀을 코팅한 촉매 지지체를 사용해 제작된 연료전지 이미지. / 한국기술교육대학교

[더팩트 | 천안=김경동 기자] 한국기술교육대학교는 에너지신소재화학공학부 최순목 교수 연구팀이 커피 찌꺼기를 이용한 수소전기차 연료전지의 촉매 지지체용 고내구성 신소재 개발에 성공했다고 15일 밝혔다.

연료전지(Fuel Cells)란 수소와 산소의 전기화학반응으로 발생한 전기를 이용하는 친환경 에너지 시스템으로 현재 수소전기차인 현대자동차 넥쏘에 적용된 기술이다.

촉매 지지체는 수소전기차용 연료전지의 전기화학반응에서 사용되는 백금(Pt) 촉매를 지지하면서 전극의 역할을 하는 핵심 나노소재다. 실제 촉매 지지체를 사용하지 않으면 백금 사용량이 급격히 증가하기 때문에 견고한 지지체의 사용은 핵심 기술이다.

특히 상용차를 중심으로 수소전기차의 시장이 확대됨에 따라 발전 효율과 더불어 소재들의 내구성 향상도 함께 요구되고 있다. 그중에서도 연료전지용 촉매 지지체의 내구성은 매우 중요하다.

현재 사용되는 탄소(C) 지지체보다 고온 내구성이 우수한 탄화규소(SiC·실리콘카바이드) 소재를 전극 지지체에 적용하려는 연구가 시도됐으나 탄소 대비 낮은 전기전도도로 인해 어려움이 있었다.

이에 최 교수 연구팀은 탄화규소 지지체 표면에 그래핀(graphene)을 코팅해 전기전도성을 향상시키는 기술을 개발했다. 이 공정에서 연구팀은 커피 찌꺼기를 그래핀 코팅층의 원재료로 활용하는 자원순환형 원천기술을 개발해 친환경과 경제성을 모두 확보했다. 이 기술은 특허 등록을 마친 상태다.

연구팀은 수소전기차용 연료전지 전문 연구기관인 세라믹기술원과 공동 연구를 통해 그래핀이 코팅된 탄화규소 지지체를 적용한 연료전지가 기존의 탄소 지지체를 활용한 연료전지에 비해 3배 이상의 내구성이 향상된 결과를 얻었다.

해당 연구는 미국 화학회에서 발간하는 '에이씨에스 어플라이드 에너지 머터리얼스(ACS Applied Energy Materials)' 4월호(온라인)에 표지 논문으로 게재됐다.

최순목 교수는 "상용차용 수소전지는 승용차용 수소전지보다 더 강화된 내구성이 요구되는 분야"라며 "이번에 개발된 기술은 내구성 확보뿐만 아니라 원재료부터 코팅 기술까지 저비용 공정으로 개발된 자원순환형 기술이기에 더 강점이 있다"고 말했다.

한국기술교육대학교 에너지신소재화학공학부 최순목 교수(사진) 연구팀이 커피 찌꺼기를 이용한 수소전기차 연료전지의 촉매 지지체용 고내구성 신소재 개발에 성공했다. / 한국기술교육대학교

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