수소차·트럭·배 연료 더 튼튼하고 오래간다… 韓연구진, 수소연료전지 촉매 개발

유성종 KIST 책임연구원 연구팀
기존보다 수명 4배 이상↑, 효율 5배↑ 가격 경쟁력↑

한국과학기술연구원(KIST) 유성종 수소·연료전지연구단 책임연구원 연구팀은 고성능 연료전지용 촉매를 상온에서 간단히 합성할 수 있는 기술을 개발했다고 13일 밝혔다. 해당 논문은 국제 학술지 ‘어드밴스드 머티리얼즈(Advanced Materials)’ 7월 표지 논문으로 선정됐다./KIST

수소연료전지 상용화의 걸림돌로 지적돼온 ‘촉매’ 문제를 해결할 수 있는 새로운 기술이 개발됐다. 복잡한 고온 공정 없이도 성능과 내구성을 크게 끌어올릴 수 있는 촉매 제조법으로, 제조 비용은 낮추고 효율은 높일 수 있는 점이 특징이다. 이 기술은 온실가스를 배출하지 않는 수소연료전지의 상업화를 앞당겨 탄소중립을 이끌 것으로 기대된다.

한국과학기술연구원(KIST) 유성종 수소·연료전지연구단 책임연구원 연구팀은 고성능 연료전지용 촉매를 상온에서 간단히 합성할 수 있는 기술을 개발했다고 13일 밝혔다. 이번 연구는 포항공과대(POSTECH), 한국과학기술원(KAIST), 동국대 연구진과 공동으로 진행했으며, 국제 학술지 ‘어드밴스드 머티리얼즈(Advanced Materials)’ 7월 표지 논문으로 선정됐다.

이번에 개발된 촉매는 백금과 니켈로 구성된 나노입자로, 내부가 비어있는 돔 형태로 설계됐다. 이 같은 구조는 반응 면적을 넓히고 금속 입자가 뭉치는 현상을 줄여 반응 효율을 높이도록 돕는다. 기존에는 이 같은 정밀한 구조를 만들기 위해 600℃ 이상의 고온에서 복잡한 공정을 거쳐야 했지만, 연구진은 상온에서 안경 세척기와 유사한 방식의 초음파 장치를 활용했다. 금속 원자들이 자연스럽게 배열되도록 유도하는 방식으로, 제조 공정이 간소화된 것은 물론, 생산 비용을 줄이면서도 촉매의 성능과 안정성을 동시에 확보했다는 설명이다.

이 촉매를 실제 연료전지 환경에서 시험한 결과, 기존 상용 촉매보다 반응 효율은 약 5배, 수명은 4.2배 높아진 것으로 나타났다. 실험실 기준 질량 활성도는 기존보다 7배 높았고, 미국 에너지부(DOE)가 제시한 내구성 기준에 따라 4만2000시간 이상 안정적인 작동이 가능한 것으로 나타났다. 이는 트럭이나 버스, 선박, 발전소처럼 대형 연료전지 시스템에서 유지비용과 교체 주기를 크게 줄일 수 있는 수준이다.

연료전지에서 촉매는 전체 제조비의 30% 이상을 차지하는 핵심 부품이다. 이번 기술이 상용화되면 수소연료전지의 가격 경쟁력을 크게 높이고, 다양한 산업 분야에서 활용 가능성이 커질 것으로 기대된다. 연구팀은 현재 자동차용 연료전지 스택 단위의 성능 평가와 실증 연구도 진행 중이며, 다양한 금속 조합으로 기술을 확장하고 있다.

유성종 책임연구원은 “이번에 개발한 촉매는 돔형 구조와 정밀한 원자 배열을 통해 기존보다 성능과 내구성이 크게 향상됐다”며 “상온에서 합성할 수 있는 이 기술은 수소연료전지 상업화와 탄소중립 실현에 실질적으로 기여할 수 있을 것”이라고 말했다.

KIST 이응준 박사후연구원, 유성종 책임연구원

참고 자료

Advanced Materials(2025), DOI: https://doi.org/10.1002/adma.202504059

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