KAIST, 백금보다 1000배 저렴한 수소 연료전지 촉매 개발 성공

조은애 카이스트 교수-한정우 포스텍 교수 연구팀 공동 개발

조은애 KAIST 신소재공학과 교수

 

국내 연구진이 수소 연료전지를 기존 귀금속 백금 소재 대비 1000배 이상 저렴한 소재를 개발했다. 

한국과학기술원(KAIST)은 22일 조은애 신소재공학과 교수 연구팀과 한정우 포스텍(POSTECH) 교수 연구팀이 공동으로 백금을 대체할 수 있는 비귀금속 촉매를 개발하고, 해당 소재의 고활성 메커니즘을 규명하는 데 성공했다고 발표했다.

수소차에 사용되는 양이온 교환막 연료전지(PEMFC)는 전극 촉매로 많은 양의 백금 촉매를 사용한다. 특히, 연료전지 공기극에서의 전기화학 반응은 속도가 매우 느리다. 이를 높이기 위해 전극에 많은 양의 백금 촉매가 필요하다. 

연구팀은 백금을 대체할 수 있는 공기극용 ‘단일 원자 철-질소-탄소-인 소재’를 개발하고, 활성 메커니즘을 규명했다. 이 촉매는 상용제품에 적용되고 있는 PEMFC 뿐만 아니라 차세대 연료전지인 음이온 교환막 연료전지(AEMFC)에도 적용 가능하다. 

연구팀이 개발한 이 소재는 탄소에 미량의 철 원소가 원자 단위로 분산돼 있고, 그 주변을 질소와 인이 결합하고 있는 구조다.

조은애 교수는 “연료전지는 복잡한 반응 장치라서 새로운 촉매가 개발되더라도 실제 연료전지에 적용하는 것은 어려운 경우가 많은데, 이번에 개발한 촉매는 양이온 교환막 연료전지와 음이온 교환막 연료전지에 적용해 모두 성능을 높이는 데 성공했다”라고 말했다.

한편, 이번 연구 결과는 미국 화학회 촉매 분야 국제 학술지 ‘에이씨에스 카탈리시스(ACS Catalysis)’에 지난달 3일 온라인 게재됐다. 

강홍민 기자 khm@hankyung.com