우리 연구진이 미래 에너지원으로 주목받는 수소 연료전지를 기존 귀금속 백금소재 대비 1000배 이상 저렴한 소재로 개발했다.

한국과학기술원(KAIST·총장 이광형)은 조은애 신소재공학과 교수팀이 한정우 포스텍 화학공학과 교수팀과 백금을 대체할 수 있는 비귀금속 촉매를 개발하고, 고활성 메커니즘 규명에 성공했다고 22일 밝혔다.

수소차에 사용하는 양이온 교환막 연료전지(PEMFC)는 전극 촉매에 백금 촉매를 대량 사용한다. 전기화학 반응속도를 높이기 위해서다.

연구팀이 개발한 공기극용 '단일 원자 철-질소-탄소-인 소재'는 PEMFC 뿐만 아니라, 차세대 연료전지인 음이온 교환막 연료전지(AEMFC)에도 적용 가능하다. 탄소에 철 원소 미량이 원자 단위로 분산되고, 그 주변에 질소·인이 결합된 구조다.

조은애 교수는 “기존 단일원자 철-질소-탄소 촉매 활성부에 인을 첨가해 한계를 극복하고 성능향상에 성공했다”며 “연료전지는 복잡한 반응장치여서 새 촉매가 개발되더라도 실제 연료전지에 적용하는 것은 어려운 경우가 많은데, 이번에 개발한 촉매는 PEMFC, AEMFC에 적용해 모두 성능을 높이는 데 성공했다”고 말했다.

노정한 KAIST 신소재공학과 박사과정이 제1 저자로, 조아라 포스텍 박사가 공동 제1 저자로 참여한 이번 연구결과는 미국화학회 촉매분야 저명 국제학술지 '에이씨에스 카탈리시스(ACS Catalysis)' 7월 3일자 온라인판에 출판됐다. 또 우수성을 인정받아 해당 학술지 보조표지 논문으로 게재됐다.

한편, 이번 연구는 한국에너지기술평가원의 에너지인력양성사업과 한국연구재단이 추진하는 미래소재디스커버리사업 지원을 받아 이뤄졌다.

김영준 기자 kyj85@etnews.com