▲ 정렬된 백금 스킨 구조를 갖는 백금-니켈 합금 촉매의 산소 환원 반응 활성 그래프.

백금 사용량을 획기적으로 감소한 저비용·고성능 연료전지 촉매가 국내 연구진에 의해 개발됐다.

미래창조과학부는 최근 한국과학기술연구원 연료전지연구센터의 유성종 박사와 서울대 화학생물공학부 성영은 교수팀이 ‘고효율 멀티스케일 나노 구조를 갖는 연료전지 촉매’를 개발했다고 13일 밝혔다.

이번 성과는 연료전지 촉매로 사용되는 백금의 양을 50%이상 줄이면서도 촉매 효율을 2∼5배까지 향상시킬 수 있는 다양한 멀티스케일 나노 촉매 구조를 제시해 연료전지 상용화에 한발 더 다가섰다.

연구결과는 세계적 과학 저널인 나노 투데이(Nano Today) 7월25일 게재 됐다.

고분자 전해질 연료전지는 미래 수소 연료전지 자동차의 주요 동력원으로 사용되는데, 현재 연료전지 전극에 값비싼 백금을 대량으로 사용하고 있어 아직까지는 에너지 발전장치로서의 경제적 효용성이 낮게 평가되고 있었다.

연료전지의 상용화 목표치는 30달러/kw나 현재 양산되는 연료전지 가격은 47달러/kw며, 이 중 연료전지의 촉매가 가격에서 차지하는 비중은 50%(24달러/kw) 이상이다.

연료전지 전극에 사용되는 백금 촉매의 양을 획기적으로 줄일 경우, 백금 촉매 가격을 8달러/kw 이하까지 낮출 수 있어 연료전지의 상용화 목표 가격에 근접할 수 있다.

연구진은 전이 금속 합금 구조를 통해 백금 사용량을 약 40%까지 줄였고, 나아가 코어-쉘 구조 및 할로우(hollow) 구조를 통해 백금을 나노 입자 표면층에만 사용해 백금 사용량을 50% 이상 줄였음에도 불구하고 기존 백금 촉매 성능의 2∼5배까지 촉매 효율이 향상되는 결과를 보여 줬다.

연구진 관계자는 “이번 연구에서 개발된 멀티스케일 나노 구조를 갖는 전이 금속 합금, 코어-쉘 및 hollow 촉매 합성기술은 연료전지뿐만 아니라, 물 분해, 수소 개질, 자동차용 배출가스 정화 장치 등의 넓은 분야에 걸쳐 활용될 가능성을 갖고 있다”며 “다양한 형태의 나노 촉매 구조의 새로운 응용가능성을 탐구하는데 기여할 것으로 기대된다”고 밝혔다.