부산대, 차세대 수소 촉매 개발… 기존 대비 3배 효율

백금-니켈 나노 입자에 그래핀 결합
저비용·고효율 에너지 혁신 기대

산소 환원과 수소 생산에 대한 합성된 촉매(Pt2.6Ni NACs/NrGO)의 모식도. 부산대 제공

부산대학교는 재료공학부 이정우 교수팀이 물에서 수소를 추출하는 수전해 기술과 수소 연료전지에 활용 가능한 새로운 촉매를 개발했다고 6일 밝혔다. 이번 연구는 기존 촉매 대비 최대 3배 높은 효율을 보였으며, 고가의 백금을 저렴한 니켈과 결합해 제작 비용을 크게 줄인 점에서 차세대 에너지 기술의 혁신으로 주목받고 있다.

연구진은 백금-니켈 나노합금 입자를 질소 도핑된 그래핀에 결합해 기존 백금·카본 블랙 촉매보다 높은 활성도와 내구성을 구현했다. 특히 촉매 제작 과정에 마이크로파 가열 기술을 도입해 공정 시간과 비용을 획기적으로 절감했다.

최적화된 촉매는 산소 환원 반응에서 기존 촉매보다 3배 이상 높은 비면적 활성도와 질량 활성도를 나타냈으며, 수소 생산 반응에서도 약 2배 이상의 효율 향상을 기록했다.

제작된 촉매는 아연-공기 2차 전지에 적용됐고, 기존 상용 촉매보다 약 2배 높은 전력 밀도를 기록했다. 또 10시간 이상의 충·방전 테스트에서도 초기 성능을 유지하며 안정적인 내구성을 입증했다. 연구진은 이러한 촉매가 수소자동차, 버스, 발전 시스템 등 다양한 에너지 분야에 활용될 가능성이 크다고 전망했다.

이번 연구는 부산대 조승근 박사과정생과 박길령 석사졸업생이 제1저자로 참여했으며, 국립안동대, 한국에너지기술연구원과의 공동 연구로 진행됐다. 연구 결과는 세계적 과학저널 ‘에코맷(EcoMat)’ 2024년 12월호 표지 논문으로 선정돼 우수성을 인정받았다.

이정우 교수는 “마이크로파 기반 고속 합성과 백금 사용량 절감을 통해 촉매 효율을 크게 향상시킨 이번 연구는 차세대 에너지 기술의 중요한 발판이 될 것”이라며, “빠르고 간단한 공정을 통해 다양한 산업에 폭넓게 적용될 수 있기를 기대한다”고 밝혔다.

부산=윤일선 기자 news8282@kmib.co.kr

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