KIST “내구성 높은 연료전지용 촉매, 스프레이 열분해로 개발”

수소·연료전지연구센터 유성종 박사팀, 경희대·강원대와 공동연구

국내 연구진이 연료전지의 촉매로 사용할 수 있는 고(高)내구성 단원자 코발트 촉매를 스프레이 열분해법을 이용해 개발했다.

한국과학기술연구원(KIST)은 수소·연료전지연구센터 유성종 박사 연구팀이 경희대학교 김진수 교수, 강원대학교 임형규 교수 연구팀과 함께 기존 코발트 나노입자 형태 촉매보다 성능과 안전성이 개선된 단원자 코발트 촉매를 제조하는 데 성공했다고 1일 밝혔다.

연료전지에 들어가는 백금 촉매는 가격이 비싸기 때문에 연구 현장에서는 이를 대체하기 위한 철, 코발트 등 비귀금속계 촉매를 개발하려는 시도가 이뤄지고 있으나, 성능과 안정성이 아직 백금 촉매에 미치지 못하고 있다.

기존 백금 촉매를 만드는 과정에서 발생하는 금속의 뭉침 현상, 낮은 비표면적 등을 해결하기 위해 나온 단원자 촉매(원자 단위의 촉매 활성 부위 조절을 위해 제조된 촉매 소재) 공정 개발의 필요성도 제기돼 왔다.

연구진은 이런 문제들을 해결하고자 공업용 가습기를 이용한 스프레이 열분해법을 단원자 촉매 제조에 적용했다. 스프레이 열분해법은 액적(droplet)을 빠르게 열처리해 방울 모양의 입자를 얻는 방법이다.

이를 통해 개발한 코발트 탄소 단원자 촉매는 실제 연료전지 구동 시 기존 백금 촉매 대비 약 40% 우수한 성능을 보였으며, 안정성도 탁월하다고 연구진은 설명했다.

연구진은 스프레이 열분해법으로 제조된 촉매가 연료전지에 정반응을 일으키는 촉매임을 실험뿐만 아니라 계산으로도 증명했다.

유 박사는 “코발트 기반 단원자 촉매를 획기적으로 대량생산할 수 있는 공정이 개발됐고, 계산 과학을 통해 코발트 촉매의 작동원리에 대한 메커니즘을 규명했다”고 설명하면서 “향후 코발트계 촉매 연구에 지표가 될 것”이라고 말했다.

이번 연구는 에너지·환경 분야 국제학술지 ‘응용 촉매 B: 환경'(Applied Catalysis B: Environmental) 최신 호에 게재됐다.

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