□ 연료전지는 높은 효율과 큰 출력 밀도를 갖고 있으며, 발전 시 온실가스를 배출하지 않는 친환경에너지원으로 각광받고 있다. 그러나 제조 시 백금을 포함한 고가의 귀금속 촉매가 사용되고, 사용 중 촉매의 심각한 내구성 저하가 일어나 상용화에 어려움을 겪고 있다.

■ 한국에너지기술연구원(이기우 원장) 에너지소재연구실 김희연 박사는 한국과학기술원(KAIST), 옥스퍼드 대학(Oxford University) 연구팀과 함께 연료전지의 내구성을 높일 수 있는 새로운 구조의 촉매를 개발하는데 성공했다. 이번 연구 성과를 담은 논문은 지난 6월 23일, 나노분야 세계 최고 권위의 학술지인 ‘ACS Nano’의 표지를 장식했다.

○ 이번에 개발된 촉매는 백금 코어와 다공성 그래핀쉘로 구성된 새로운 구조를 지니고 있다. 이 촉매는 기존 상용 촉매와 유사한 성능에서 150% 이상의 내구성을 나타냈으며, 다공성 그래핀쉘의 영향으로 연료전지의 주된 비활성화 원인인 부식, 탈락, 응집 등의 현상을 크게 개선했다.

○ 또한, 김희연 박사팀은 동시기화공정을 최초로 개발해 촉매 합성 공정을 대폭 축소하는데 성공했다. 기존에는 촉매를 제조하기 위해 담지, 건조, 소성, 환원 등 여러 단계의 복잡한 과정을 거쳐야 했으나, 동시기화공정을 이용하면 원하는 조성과 형상의 구조체를 한 번에 합성할 수 있고, 이 과정에서 전극까지 성형할 수 있다. 별도의 전극 제조 공정이 필요 없이 코어쉘 구조체의 합성과 동시에 이들이 고르게 분산된 연료전지용 전극을 제조할 수 있게 된 것이다.

□ 한국에너지기술연구원 김희연 박사는 “이번 연구 결과로 촉매의 내구성이 향상되고 제조 공정이 단일화 돼 연료전지 상용화를 앞당길 수 있을 것”이라며, “현재 개발된 기술을 연료전지 촉매뿐만 아니라 이차전지 전극소재와 화학반응용 촉매소재에도 응용하기 위한 연구를 진행 중이며, 대량 생산 기술을 개발 중”이라고 밝혔다.

○ 한편, 연구진은 옥스퍼드 대학 Jamie H. Warner 교수 연구팀과 수차보정·투과전자현미경(AC-TEM)을 사용한 원자단위 구조분석을 통해 새로운 촉매의 성능과 내구성 향상의 원인을 입증했으며, 이번 연구에 포함된 기술은 10여건의 국내외 특허를 확보했다고 전했다.

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▣ 문의 : 한국에너지기술연구원 에너지소재연구실 김희연 실장

(042-860-3613/010-3246-1526)