주상훈 교수
주상훈 교수
UNIST(울산과학기술원)는 주상훈 화학과 교수 연구팀이 안정성과 성능, 가격 경쟁력을 갖춘 수소전기차 연료전지용 촉매를 개발했다고 14일 발표했다.

연구팀은 나노미터(㎚:1㎚=10억분의 1ｍ) 크기의 촉매 입자가 고온에서 뭉치는 것을 막는 기법을 이용해 ‘백금-구리 나노 프레임 촉매’를 개발했다.

수소전기차의 엔진인 수소 연료전지를 작동하려면 전극 촉매가 필수적인데, 기존 백금 촉매는 가격이 비싸고 안정성이 떨어진다는 단점이 있다.

백금 사용량을 줄이고 촉매 성능을 개선하기 위해 백금과 다른 원소를 혼합한 합금 촉매 개발이 꾸준히 연구되고 있지만, 합금 촉매는 작동 중 금속이 부식되거나 용해돼 내구성에 한계가 있다.

연구팀은 가운데가 뚫린 3차원 나노 프레임(뼈대 구조) 형태의 금속 간 화합물에 실리카 보호층을 입혀 촉매를 만들 때 입자끼리 뭉치는 문제를 해결했다.

금속 간 화합물 촉매는 같은 종류의 금속 원소가 끼리끼리 모여 있어 합금 촉매와 비교해 부식되거나 내부 금속 원소가 용해되는 문제가 적다. 같은 종류의 원소끼리 모여 있으면 상호작용이 커져 안정성도 높아진다.

김호영 연구원
김호영 연구원
연구팀의 김호영 연구원은 “백금 구리 촉매 입자 표면에 실리카 보호층을 코팅해 넓은 표면적을 갖는 금속 간 화합물 나노 프레임 촉매를 만들 수 있었다”며 “성능 면에서 백금 촉매는 물론 단순 합금 나노 프레임 촉매보다 뛰어나다”고 설명했다.

주 교수는 “이번 연구에 이용된 촉매 합성법은 가속 열화시험에서 우수한 화학적 안정성을 보였다”며 “가격경쟁력도 뛰어나 수소 전기차 대중화에 큰 도움이 될 것”이라고 말했다.

울산=하인식 기자 hais@hankyung.com