KAIST-포스텍, 연료전지 촉매 가격 1000배 낮추는 기술 개발
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KAIST 신소재공학과 조은애 교수와 포스텍 화학공학과 한정우 교수 공동 연구팀은 비싼 백금 촉매를 대체할 수 있는 비귀금속 촉매를 개발하고 이 소재의 고활성 메커니즘을 규명했다고 22일 발표했다. 수소차에 사용하는 양이온교환막 연료전지(고분자전해질 연료전지·PEMFC)는 전극 촉매로 많은 양의 백금을 사용한다. 연료전지 공기 극에서 전기화학 반응은 속도가 매우 느리기 때문에 이 속도를 높이기 위해 전극에 백금을 많이 발라야 한다.
연구팀은 백금을 대체할 수 있는 '단일 원자 철-질소-탄소-인' 소재를 개발하고 활성 메커니즘을 밝혀냈다. 탄소에 미량의 철 원소가 원자 단위로 분산돼 있고 이 주변에 질소와 인이 결합된 구조다. 이 촉매는 PEMFC 뿐 아니라 차세대 연료전지로 부상하고 있는 음이온교환막 연료전지(AEMFC) 에도 적용할 수 있다.
조 교수는 "기존 단일원자 철-질소-탄소 촉매 활성부에 인을 첨가하면서 성능을 대폭 높이는 데 성공했다"며 "기존 백금 촉매보다 1000배 이상 저렴한 촉매"라고 설명했다. 이어 "연료전지는 복잡한 반응 장치라 새 촉매가 개발되더라도 실제 연료전지에 적용하는 것(상용화)은 어려운 경우가 많다"면서 "이번에 개발한 촉매는 PEMFC와 AEMFC에 모두 적용 가능하다"고 덧붙였다.이번 연구를 이끈 조 교수는 2012년부터 10여년 째 국제에너지기구(IEA) 고분자 연료전지 한국 대표를 지내고 있는 수소 기술 분야 석학이다. 윤석열 정부 에너지위원회 전문위원도 맡고 있다. 연구결과는 미국화학회의 국제 학술지 'ACS 카탈리시스' 표지논문으로 실렸다. 과학기술정보통신부 한국연구재단의 미래소재디스커버리 사업 등의 지원을 받았다.
이해성 기자 ihs@hankyung.com