과기연, 순간 열처리로 연료전지·배터리 성능 향상 기술 개발

(대전=뉴스1) 김태진 기자 = 국내 연구진이 순간 열처리 합성법을 이용해 연료전지와 배터리 성능을 향상할 기술을 개발했다.

한국연구재단(NRF)은 한국과학기술연구원(KIST) 유성종 박사 연구팀이 연료전지와 금속-공기 배터리에서 탁월한 성능을 보이는 철(Fe) 기반의 단일원자 촉매를 개발했다고 13일 밝혔다.

연료전지와 배터리 기술은 지속 가능한 청정에너지로의 전환을 위해 중요하지만 비싼 백금 촉매를 사용해 전기화학적 산소 환원 반응을 촉진한다는 점에서 대규모 상용화가 어렵다는 한계가 있었다.

이로 인해 백금을 대체할 수 있는 저렴하면서도 자원이 풍부한 비귀금속 촉매 개발이 필요한 상황으로, 특히 철-질소-탄소(Fe-N-C) 기반 촉매는 경제성과 효율성 측면에서 대안으로 여겨지고 있다.

그러나 철에 기반한 단일원자 촉매의 합성은 기술적으로 어렵고 기존의 열처리 방법으로는 철의 응집 문제로 이상적인 구조를 유지하기 어렵다.

이 때문에 효과적인 철 단일원자 촉매를 합성할 수 있는 혁신적인 방법이 필요한 상황이다.

이에 연구팀은 철 프탈로시아닌(FePc)과 그래핀 산화물(GO)을 사용해 기존의 합성법보다 훨씬 간단하고 짧은 시간 안에 철 기반 단원자 촉매를 합성하는 혁신적인 방법을 개발했다.

연구팀은 순간 열처리 합성법이라는 새로운 합성법을 도입했는데 긴 시간이 소요되고 후공정이 필요한 기존의 열처리 방법과는 달리 단 150초 만에 열처리 과정을 완료할 수 있다. 또 후공정이 필요 없다는 점에서 친환경적이다.

이 촉매는 실제 전기화학 장치(아연-공기 배터리와 음이온 교환막 연료전지)에서 탁월한 성능을 입증했다.

유성종 박사는 “순간 열처리 방법을 통해 촉매 합성의 효율성을 높이고, 생산 시간을 크게 단축함으로써 비용 절감이 가능해졌다”며 “연료전지와 배터리의 성능을 크게 향상시키고 상용화를 촉진하는 데 중요한 역할을 할 것으로 기대된다”고 말했다.

과학기술정보통신부와 한국연구재단이 추진하는 나노·소재기술개발사업의 지원으로 수행된 이번 연구 성과는 재료공학 분야 국제학술지 ‘어드밴스드 머티리얼스' 온라인에 게재됐다.

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