수소 연료전지를 저렴하게 만들 수 있는 촉매 합성법이 개발됐다.
주상훈 울산과학기술원(UNIST) 에너지및화학공학부 교수팀은 `철과 질소를 포함한 탄소 촉매` 성능을 높이는 새로운 촉매 합성법을 개발했다고 3일 밝혔다.
탄소 촉매는 값비싼 백금을 대체할 후보 물질 중 가장 뛰어난 성능을 갖고 있지만 700℃ 이상 고온에서 열처리하는 과정에서 촉매 활성점이 파괴되는 문제점이 있다. 촉매 활성점은 반응물과 결합해 반응이 진행되는 위치다.
주 교수팀은 이를 해결하기 위해 `실리카 보호층`을 도입했다. 실리카 보호층은 탄소 촉매 합성 과정 중 촉매 활성점이 파괴되는 걸 막고, 고온 열처리 과정 후에도 촉매 활성점을 효과적으로 유지시켰다.
이 방법으로 개발한 탄소 촉매는 기존 백금 촉매보다 훨씬 저렴하고, 산소 환원 반응 효율은 유사한 수준을 보였다. 산소 환원 반응은 수소 연료전지 음극(환원극)에서 발생하는 전기화학 반응이다. 양극(산화극)의 수소 산화 반응보다 약 100만 배 정도 느리기 때문에 연료전지의 효율을 떨어뜨리는 주요 원인이다. 백금을 촉매로 사용하는 것도 이를 극복하기 위한 목적이다.
주 교수팀이 개발한 탄소 촉매는 시험 결과, 미국 에너지부(DOE)가 제시한 2020년 비귀금속 촉매 성능 목표치 300A/㎤를 넘어 320A/㎤를 도달했다. 이 촉매를 적용한 알칼리 연료전지(수소 연료전지의 일종)는 비귀금속계 촉매 중 가장 높은 성능을 나타냈다.
주 교수는 “비귀금속계 촉매 활용은 수소 연료전지 상용화를 앞당길 것”이라면서 “연료전지 외에도 다양한 에너지 변환 및 저장 장치에 적용할 수 있다”고 말했다.
이번 연구결과는 미국화학회지(ACS) 11월 2일자 온라인판에 실렸다.
이번 연구에는 주상훈 교수와 사영진, 우진우 연구원, 신현석 교수, 정후영 교수, 신태주 교수(이상 UNIST), 김태영 한국에너지기술연구원 박사, 김민규 포항가속기연구소 박사, 김철성 국민대 교수가 참여했다.
울산=임동식기자 dslim@etnews.com
