한국과학기술원(KAIST)은 생명화학공학과 이진우 교수 연구팀이 국민대 장세근 교수·서강대 백서인 교수팀과 공동으로 비 백금계 촉매 기반 고 전력밀도의 양성자 교환막 연료전지(PEMFC)를 개발했다고 7일 밝혔다. 연구팀은 값비싼 기존 백금 촉매를 대체할 수 있는 비 백금계 Fe-N-C 촉매의 높은 연료전지 성능을 구현해 가격 경쟁력을 확보했다.
연구팀에 따르면 백금을 대체하고 기존 연료전지 비용을 줄이기 위한 가장 유력한 후보 물질로 주목받아 온 M-N-C계 촉매 중 하나인 Fe-N-C 촉매 나노입자의 활성점 주변 결함 정도를 조절해 높은 성능의 Fe-N-C 촉매를 합성했다.
탄소 기반 물질에 특정 양의 이산화탄소(CO2)를 흘려주면서 열처리하는 이산화탄소 활성화 방법으로 탄소 기반 촉매 내부 결함 정도를 미세 조정, 그에 따라 최적화된 촉매가 활성화하는 것을 확인했다. 최적화된 Fe-N-C 촉매는 PEMFC 연료전지에서 기존에 개발된 Fe-N-C 촉매보다 44% 향상된 높은 전력 밀도를 보였다.
이진우 교수는 "비 백금계 Fe-N-C 촉매의 결함과 성능 관계를 밝히고 결함 조절을 통해 백금을 전혀 사용하지 않고 높은 전력밀도를 갖는 양성자 교환막 연료전지를 개발한 것은 큰 의미가 있다"며 "앞으로 다양한 종류의 연료전지에서 귀금속인 백금을 대체해 적용할 수 있을 것으로 기대한다ˮ 고 말했다.
KAIST 생명화학공학과 이승엽 박사과정이 제1 저자로 참여한 이번 연구 결과는 국제 학술지 `어드밴스드 머티리얼스'에 지난달 13일 온라인 게재됐다.