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차세대 연료전지 상용화 앞당길 촉매 개발…백금 대체할 탄소계 촉매

2019-11-26박응서 기자

스프레이 열분해 공정 모식도(a)와 개발한 중공 입자 구조 촉매 합성 과정(b). 사진제공 KIST

국내 연구진이 차세대 연료전지 상용화를 앞당길 수 있는 촉매를 개발했다.

한국과학기술연구원(KIST)은 수소·연료전지연구단 유성종 박사팀이 경희대 김진수 교수와 공동연구로 알칼라인 연료전지에 사용되는 고가격 촉매 백금을 대체할 수 있는 저가격 촉매를 개발했다고 26일 밝혔다. 특히 대량으로 생산할 수 있어 알칼라인 연료전지 상용화를 앞당길 전망이다.

연료전지는 수소와 산소가 전기화학 반응을 하며 전기를 생산한다. 이산화탄소나 질소산화물 같은 공해물질 없이 물만 배출하는 친환경 발전장치다. 하지만 반응이 느려 이 속도를 빠르게 하는 역할을 하는 촉매가 연료전지 발전 효율을 높이는 핵심 장치다.

최근까지 연료전지는 주로 백금계열 촉매를 사용하고 있다. 그러나 백금계열 촉매는 귀금속으로 가격이 비싸다. 이에 이를 대체하기 위한 연구가 활발하다. 현재까지 개발된 탄소계 소재 촉매들이 우수한 효율을 보이고 있는데, 원리를 제대로 알지 못해 실제 알칼라인 연료전지에 활용하고 있지 못하다.

KIST 연구진은 낮은 생산 수율과 후처리 공정 문제로 상용화에 어려움을 겪고 있는 금속유기골격체(Metal Organic Frameworks)를 활용했다. KIST와 경희대 공동연구진은 스프레이 열분해법을 통해 코발트와 질소를 도핑한 MOF계 촉매를 개발했다. 스프레이 열분해법은 연속 공정으로 대량으로 생산할 수 있고, 공업용 가습기를 이용해 입자를 만들어 필요한 구조 입자를 쉽게 만들 수 있다. 이렇게 개발한 촉매는 상용 백금 촉매보다 성능이 40% 더 뛰어났다.

KIST 유성종 박사는 “연료전지 산소환원반응 촉매 분야와 흡착제, 배터리 분야 등 다양한 분야에 응용될 수 있을 것”라고 기대를 밝혔다.

이번 연구결과는 에너지 환경 분야 국제 저널인 ‘응용촉매 B환경(Applied Catalysis B-Environmental)’ 최신호에 게재됐다.

 

박응서 테크엠 기자  gopoong@techm.kr