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TECH M

수소연료전지 내구성 높인 나노튜브 촉매 담지체 개발

비탄소계 금속산화물 담지체로 성능과 안정성 높여

2019-08-22박응서 기자

KIST 수소·연료전지연구단 김진영 박사팀의 김종민 연구원(제1저자)이 불소가 도핑된 주석산화물 나노튜브 촉매 담지체를 적용한 연료전지를 테스트하고 있다.  사진제공 KIST

최근 수소 전기차가 내연기관 자동차를 대체할 미래 친환경 자동차로서 주목받고 있다. 국내 연구진이 수소차 동력원인 수소연료전지 내구성을 높이는 기술을 개발했다.

한국과학기술연구원(KIST)은 수소연료전지연구단 김진영 박사팀이 비탄소계 촉매 담지체를 활용해 수소연료전지의 성능과 안정성을 획기적으로 높일 수 있는 기술을 개발했다고 22일 밝혔다.

수소연료전지는 저온에서도 잘 반응하는 백금 나노촉매를 주로 사용한다. 담지체는 촉매의 반응성과 선택성 같은 성질을 향상시키는 물질이다. 연료전지용 백금 촉매에는 촉매 반응을 높이는 탄소 담지체가 들어 있다. 그런데 기존 탄소 담지체는 반복해서 사용하면 쉽게 부서져 연료전지 성능을 떨어뜨리는 문제를 안고 있다.

담지체가 부서지는 문제 해결의 답을 KIST 연구팀은 비탄소계 소재에서 찾았다. 비탄소계 금속산화물 소재는 높은 전기전도도를 띠며, 잘 부서지지 않는 우수한 내부식성을 보인다. 주석산화물은 대표적인 비탄소계 금속산화물로 내부식성이 우수하다. 하지만 전기전도성이 낮은 문제가 있다.

KIST 김진영 박사팀은 주석산화물에 다양한 양이온과 음이온 원소를 도핑하는 시험을 진행했다. 이 과정에서 불소가 전기화학적으로 가장 안정되며, 전기전도도도 뛰어난 원소임을 밝혀냈다.

 

KIST 수소·연료전지연구단 김진영 박사팀에서 개발한 불소가 도핑된 주석산화물 나노튜브 촉매 담지체. 분말형태를 띄고 있다(왼쪽). 촉매 담지체를 적용해 제작한 연료전지용 막-전극 접합체(오른쪽). 사진제공 KIST

KIST 연구진은 불소를 첨가한 주석산화물을 나노튜브 형태의 담지체로 만들어 연료전지에 적용했다. 이를 시험한 결과 최대출력밀도가 7%만 감소하는 최고 성능을 보였다. 기존 탄소 담지체는 70%까지 감소했다.

KIST 수소연료전지연구단 김진영 박사는 “우수한 성능의 불소 도핑 주석산화물은 앞으로 수소연료전지 촉매 담지체뿐만 아니라 촉매 담지체를 사용하기 어려운 분야에서도 활용 가능할 것”이라고 밝혔다.

이 연구결과는 나노에너지 최신호 온라인판에 게재됐다.

 

박응서 테크엠 기자  gopoong@techm.kr