KAIST, 수소 연료전지 촉매로 전지 수명 연장

속이 빈 3차원 자이로이드 나노구조체 합성

[이데일리 강민구 기자] 한국과학기술원(KAIST) 연구진이 기존 상용 수소 연료전지 촉매 대비 약 62% 이상의 전류 밀도를 유지해 전지 수명을 늘렸다.

KAIST는 신소재공학과의 정연식 교수, 조은애 교수 공동연구팀이 수소전기차의 핵심 부품인 연료전지 장치에 쓸 수 있는 촉매 소재를 개발했다고 4일 밝혔다.

KAIST 연구진.(왼쪽부터)정연식 교수, 최성수 박사과정, 양현우 박사과정, 조은애 교수.(사진=KAIST)

이번에 개발된 촉매는 실제 구동 환경에서 수천 시간에 맞먹는 강도의 2만 사이클 내구성 평가를 거친뒤에도 초기 성능에 가까운 수준을 유지할 만큼 높은 내구성을 갖춘 것으로 나타났다.

연구팀은 ‘3차원 자이로이드 나노구조체 기반 촉매 플랫폼’을 개발해 기존 문제를 해결했다. 자이로이드 나노구조체는 3차원적으로 길게 연결된 구조로 인해 전기적 연결성이 우수하고 이온이나 기체의 이동이 이동할 수 있는 빈 통로가 많아 차세대 에너지 소재로 유망하다.

우선 자기조립 특성이 있는 고분자를 활용해 3차원 자이로이드를 합성하고 백금 입자를 강한 결합으로 탑재해 연료전지 구동 시에도 백금 입자의 이동을 막았다. 자이로이드 내부에는 증기압을 발생시켜 자이로이드 내부 공간까지 비워 전해질이 더 원활하게 출입하도록 설계했다.

그 결과, 연료전지 구동 환경과 유사한 환경에서 2만 사이클의 고강도 내구성 평가 이후에도 상용 촉매 대비 약 62% 이상의 출력 밀도가 향상됐다.

정연식 KAIST 교수는 “기계적, 화학적으로 견고하고 물질 전달 능력이 우수한 신규 지지체 소재를 설계해 촉매 수명과 활성도를 개선할 수 있음을 입증했다”며 “차세대 에너지 전환 기술에서 귀금속 촉매 지지체 소재 개발 방향성을 제시하는 중요한 역할을 할 것”이라고 말했다.

연구 결과는 국제학술지 ‘어드밴스드 머티리얼즈(Advanced Materials)’에 지난 달 21일자 온라인판에 게재됐다.

강민구 (science1@edaily.co.kr)