February 22,2019

수소차 연료전지 가격 낮아질까?

IBS, 백금 대체 '구멍 촉매' 개발

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계층적 다공 나노구조(맨 왼쪽 'standard') 설명도. IBS 연구팀은 해당 구조가 전기화학적 활성 표면적을 가장 효율적으로 활용할 수 있다는 점을 전기화학적 분석으로 규명했다

계층적 다공 나노구조(맨 왼쪽 ‘standard’) 설명도. IBS 연구팀은 해당 구조가 전기화학적 활성 표면적을 가장 효율적으로 활용할 수 있다는 점을 전기화학적 분석으로 규명했다 ⓒ IBS

기초과학연구원(IBS)은 나노입자 연구단 연구팀이 수소자동차 연료전지 촉매 가격을 10분의 1로 줄이며 안정성을 높일 수 있는 새로운 촉매를 개발했다고 11일 밝혔다.

연료전지는 수소 같은 연료와 산소를 반응시켜 전기를 생산하는 장치다.

에너지 변환 효율이 70% 안팎으로 비교적 높은 데다 부산물로 물을 발생하기 때문에 친환경적이다.

다만, 현재 촉매로 사용되는 백금 가격이 1㎏당 1억원 이상으로 굉장히 비싸다.

사용할수록 성능이 저하되는 불안정성 문제도 있다.

서로 다른 다공성 구조를 가진 비 귀금속 연료전지 촉매 ⓒ IBS

서로 다른 다공성 구조를 가진 비 귀금속 연료전지 촉매 ⓒ IBS

IBS 연구팀은 새로운 구조의 탄소 기반 나노 촉매로 한계 극복 가능성을 제시했다.

성과 핵심은 크기가 서로 다른 기공(구멍)이 송송 뚫린 ‘계층적 다공 나노구조’ 도입에 있다.

새로 만든 촉매는 3종류의 기공을 가진다.

지름 기준 마이크로(2㎚ 미만)·메조(2∼50㎚)·마크로(50㎚ 초과) 등이다.

실험 결과 메조 기공은 화학반응이 일어나는 촉매 표면적을 넓혀서 전기화학적 활성을 높이는 역할을 했다.

마크로 기공은 반응에 참여하는 산소 분자를 빠르게 촉매 활성점으로 실어 날라 성능 향상을 도왔다.

실제 연료전지에 적용했더니 다양한 구동 환경에서 성능이 일관되게 향상했다고 연구팀은 설명했다.

1만회 이상 움직여도 활성 저하 없이 안정적인 성능을 유지했다.

계층적 다공 나노구조를 도입한 탄소 촉매가 비싼 백금계 촉매를 대체할 새로운 전략이 될 수 있다는 뜻이다.

아울러 서로 다른 크기의 나노 기공 역할을 구체적으로 규명한 데에도 의미가 있다.

IBS 성영은 부연구단장은 “현재 연료전지 가격의 40%가량은 백금 촉매가 차지하고 있다”며 “이번에 연료전지 효율 극대화 가능성을 입증한 만큼 수소연료전지 자동차의 산업적 발전에도 이바지할 수 있을 것으로 기대한다”고 말했다.

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