고려대 연구팀 “수소연료전지 성능 저하, ‘수소’ 때문”

김세호 고려대 신소재공학과 연구팀
“수소연료전지 성능 저하, 수소 때문”
원자단층 촬영 환미경 활용 규명

‘ACS 에너지 레터스’ 8월호 표지.

[헤럴드경제=박혜원 기자] 수소가 오히려 수소 연료전지의 성능을 떨어뜨리는 요인이라는 연구 결과가 나왔다.

22일 고려대에 따르면 김세호 신소재공학과 연구팀은 최근 독일 막스플랑크연구소(Baptiste Gault 교수) 연구진과 함께 원자단층 촬영 현미경(APT)을 통해 이 같은 사실을 규명했다.

수소는 어디에나 있는 보편적 에너지원인 동시에 재생에너지로 저장이 가능하지만, 가장 작은 원소이기 때문에 재료 내부에 쉽게 침투해 수소 소재를 파괴하기도 한다. 영국 임페리얼 칼리지 런던대학교 유수현 박자(제1저자) 등이 참여한 ‘수소 연료전지 촉매에서의 수소의 악영향’ 연구는 국제학술지인 ACS 에너지 레터스(ACS Energy Letters, IF:22.0)에 지난 14일에 온라인 게재됐으며 8월호 표지 논문으로 게재됐다.

연구진은 APT를 사용해 기존에는 확인하기 어려웠던 수소 연료전지 촉매 내부 극소량의 도펀트 원소들의 변화를 확인했다. 연료전지 촉매 설계 방법으로 주로 사용되는 도핑(dopping)은 반도체 공정과 같이 의도적으로 연료전지 촉매에 소량의 도펀스 원소를 첨가해 우수한 촉매 특성을 개발하는 방법이다. 그러나 기존 분석 기술로는 촉매에 존재하는 극소량 도펀트 원소들의 3차원 분포를 파악하기 힘들어 촉매의 역할 및 작용 원리에 명확하게 설명할 수 없었다.

연구팀은 이를 통해 연료전지 음극재에서 수소산화 반응이 일어날 때 수소의 촉매 표면 흡착과 촉매 내부에 침투하는 과정에서 촉매 특성을 높여주는 도펀트 원소들이 촉매에서 제거되는 현상을 발견했다. 또 양자역학을 기반으로 한 제일원리 시뮬레이션을 통해 수소가 촉매의 화학조성을 바꿔 촉매특성을 저하시키는 원인이었음을 밝혔다.

김세호 고려대 교수는 “이번 연구는 그동안 수소 연료전지 촉매 분야에서 밝혀지지 않았던 수소 연료 자체가 일으킬 수 있는 문제와 원인을 규명하고 해결 방법을 제시한 것”이라며 “앞으로 수소경제 소재에서 수소의 악영향을 억제할 방법이 연구가 되길 희망한다”고 말했다.

klee@heraldcorp.com