한국에너지기술연구원(원장 김종남)을 포함한 국제 공동연구진이 수소연료전지 촉매를 보다 발전시키면서 가격은 낮추는 구조 기술을 개발했다. 기존 상용 백금 촉매 대비 성능은 두 배, 내구성은 다섯 배 향상됐다.
에너지연은 박구곤 연료전지연구실 책임연구원팀이 미국 브룩헤이븐국가연구소, 센트럴미시건대와 코어-셸 구조 촉매 기술을 개발했다고 9일 밝혔다.
전극촉매인 백금은 워낙 고가여서, 이를 적게 쓰면서 성능은 높이는 코어-셸 구조 전극촉매 연구가 활발하다. 그러나 일반적인 코어-셸 구조 전극촉매는 제작 단계가 복잡하고 여전히 팔라듐과 같은 귀금속이 쓰인다. 코어에 저가 전이금속을 적용하는 연구가 있지만 연료전지 구동 시 전이금속이 용출되는 등 내구성 문제가 있다.
연구진은 저가의 코발트로 코어를 구성하고 이를 백금 원자 1~2개 층으로 감싼 합금촉매를 개발했다. 초음파 기반 반응공정을 활용해 한 단계 반응으로 간단하게 코어-셸 구조 전극촉매를 제조하는 데도 성공, 복잡한 제조단계 문제를 해결했다.
내구성 문제도 해소했다. 세계 최초로 가압 질화 공정을 도입, 전이금속 용출 문제를 없앴다. 분석 결과 질화과정에서 압력이 증가할수록 코발트 코어 질화 수준이 증가하고 코어-셸 전극촉매 내구성도 비례해 향상됐다. 100만번 사이클 수명평가에서도 코어-셸 구조를 유지했고 활성면적 역시 상당 부분 건재한 것으로 나타났다.
연구진은 팔라듐과 같은 귀금속 코어물질, 백금 사용량을 최소화하면서 전극촉매 성능과 수명을 증대시키는 새로운 방법을 개발했다고 설명했다.
박구곤 책임연구원은 “간편한 공정을 통한 코어-셸 전극촉매 제조, 가압 질화 공정을 통한 촉매 내구성 기술을 확보했다”며 “이들은 본격적인 연료전지 상용화를 앞둔 시점에서 가격 경쟁력 확보를 위한 필수 원천소재 기술이 될 수 있을 것”이라고 말했다.
대전=김영준기자 kyj85@etnews.com
