[테크월드=선연수 기자] 한국과학기술연구원(KIST) 수소·연료전지연구단 유성종 박사팀은 충남대학교 정남기 교수와의 공동연구를 통해, 차세대 연료전지로 각광받는 알칼라인 연료전지에 사용되는 고가의 촉매 백금을 대체할 수 있는 저가형 촉매를 개발했다.

 

 

연료전지의 전극에서는 산소에 전자와 물을 반응시켜 수산화물을 생성하는 환원 반응이 일어나며, 이는 전지의 효율을 결정한다. 기존엔 이 산소환원반응에 백금 기반의 합금 나노 입자를 사용해 전기화학적 활성을 높이는 것이 일반적이었다. 그러나 백금 계열 촉매는 내구서이 부족하고 비용적인 부담이 크다는 문제를 가져왔다. 이를 대체하기 위한 탄소계 소자들은 산소환원반응 활성을 모이나 실 구동 단계에서 성능적인 한계를 보이고 있었다.

KIST-충남대 공동연구진은 최근 연구를 통해 고가의 백금계 촉매를 대체 가능한 탄소계 촉매를 개발하고 연료전지 성능 및 내구성을 향상시키는데 성공했다.

 

 

이번에 개발된 촉매는 코발트 재질의 코어에 그래핀 구조의 탄소 껍질을 갖는 코어-쉘(Core-Shell) 구조로, 내구성과 경제성 모두 우수하다. 코어-쉘 구조는 중심에 존재하는 코어물질을 쉘을 형성하는 물질이 둘러싼 구조로, 반응면적을 극대화해 상용 백금 촉매와 유사한 구조의 전극을 형성할 수 있다.

코발트 금속 상에 그래핀 껍질이 형성되면, 산소환원반응에 유리한 그래핀 표면 전자구조를 유도하게 돼 그래핀 표면에서 반응이 발생한다는 사실을 규명해냈다. 실제 연료전지 구동에 핵심인 전극이 기존 탄소계 소재에 비해 3배 이상 얇음에도 불구하고, 상용 백금계 소재와 유사한 연료전지 성능을 구현하도록 만들어 비백금계 촉매의 상용화 시기를 한층 앞당겼다.

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