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무한 재사용 ‘그래핀 연료전지’ 촉매 개발
준금속 입힌 그래핀 촉매 실현
백종범 UNIST 에너지 및 화학공학부교수
국내 연구팀이 기계화학적 공정을 통해 준금속(안티몬)을 그래핀에 입혀 세계 최초로 죽지 않는(die-hard) 연료전지 전극소재를 개발했다.

이번 연구는 울산과학기술대학교(UNIST) 백종범 교수(주 교신저자), 김건태 교수, 정후영 교수, 박노정 교수가 주도하고 전인엽 박사(제1저자)가 수행했으며 현재 기업에 기술이전을 완료해 제품화가 진행 중이라고 26일 밝혔다.

친환경산업의 핵심으로 떠오르고 있는 고성능 연료전지는 촉매를 이용해 연료와 산소간 화학반응으로 전기를 생산한다.

그러나 촉매에 사용되는 백금은 비싼가격과 성능면에 제약이 많아 이에 대한 대안으로 그래핀이 주목받고 있다.

그래핀은 탄소로만 구성되어 촉매로 사용할 경우 전기화학적 활성이 낮아 이종원소 도입이 필요했는데 현재의 기술로는 금속이 아닌 원소(질소, 인, 황)을 적용할 수는 있지만 그래핀의 결정을 손상시켜 타고난 우수성을 잃게 하는 문제가 있었다.

이에 연구팀은은 화학적 공정(볼밀링)을 통해 최초로 준금속 중 하나인 안티몬(antimony)을 그래핀의 가장자리에만 선택적으로 입혀, 전기화학적 활성도를 극대화하는 연료전지용 소재를 개발하는 데에 성공했다.

비금속의 한계를 넘어동 성과로 그래핀의 결정을 손상하지 않으면서 계속 사용해도 안정적이고 우수한 산소환원용 촉매의 특성을 발현시킬 수 있었다.

백종범 교수는 “준금속인 안티몬을 그래핀에 쉽게 도입할 수 있게 돼 완전히 새로운 특성을 가진 그래핀의 제조가 가능해졌다.”“보다 다양한 분야로 상용화될 수 있는 가능성을 열렸다”
고 소감을 밝혔다.

이어 “이 기술이 포함된 그래핀 대량생산 기술은 지역 덕양(주)에 이전되어 양산 준비 중으로, 지역산업 발전과 국가산업용 원천소재 공급에 크게 기여할 것으로 기대된다”고 밝혔다.

아울러, 이번 성과로 지난 4월 미래창조과학부와 산업통상자원부가 공동으로 수립한 ‘그래핀 사업화 촉진기술 로드맵’의 그래핀 응용제품의 전략적 조기 상용화에도 더욱 탄력이 붙을 것으로 기대했다.

한편, 이번 연구는 미래창조과학부와 한국연구재단에서 추진하는 기초연구사업(중견 및 리더연구자지원)으로 수행되었고, 세계적인 자연과학분야 권위지인 네이처 커뮤니케이션스(Nature Communications) 5월22일자에 게재됐다.
기계화학적 공정에 의한 안티몬이 도입된 그래핀 제조 모식도.

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강지혜 기자 (kjh@amenews.kr) [기자의 다른 기사보기]

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