국내 연구진이 값비싼 백금 사용량을 획기적으로 줄인 새로운 연료전지 촉매를 개발했다.

KAIST는 조은애 신소재공학과 교수 연구팀이 백금 사용량을 90% 줄이면서 동시에 수명은 2배 향상시킨 연료전지 촉매를 개발했다고 지난 17일 밝혔다.

연료전지는 대기오염 물질을 배출하지 않는 친환경 발전장치로 연료전지를 주원료로 이용하는 수소 기차 한 대는 성인 70명이 호흡하는 공기로부터 미세먼지와 초미세먼지를 98% 이상 정화할 수 있어 달리는 공기청정기로 불린다.

하지만 이 연료전지에 전극촉매로 사용되는 백금의 비싼 가격은 상용화를 가로막는 큰 장벽이다. 또한 현재 개발된 탄소 담지 백금 나노촉매는 상용화 기준에 못 미치는 산소환원반응 활성과 내구성을 보여 한계로 남아있다.

이에 연구팀은 기존 백금 기반 촉매들의 산소환원반응 활성 및 내구성을 증진시키기 위해 백금과 니켈 합금 촉매를 합성하고 갈륨이 성능 증진에 가장 효과적임을 발견했다.

이어 연구팀은 백금-니켈 합금 촉매를 팔면체 형태의 나노입자로 만들고 나노입자의 표면에 갈륨을 첨가해 기존 백금 촉매에 비해 성능을 12배 향상시켰다.

결과적으로 조 교수 연구팀은 개발한 촉매는 연료전지를 제작돼 가격을 30% 줄이고 수명도 2배 이상 향상시켜 실제 적용이 가능함을 증명했다.

1저자인 임정훈 연구원은 “기존 합성 방법으로 제조 가능한 백금 니켈 합금 촉매 표면에 갈륨을 첨가해 가열만 하면 촉매가 합성되기 때문에 기존 공정에 쉽게 도입이 가능하고 대량 생산이 용이해 실용화 가능성이 높다”고 말했다.

조은애 교수는 “연료전지의 가격저감과 내구성 향상을 동시에 달성한 연구 성과로 수소 전기차, 발전용 연료전지의 시장경쟁력 제고가 기대된다”고 말했다.

한편, 이번 연구는 에너지기술평가원, 한국연구재단 기후변화대응사업과 국방과학연구소의 지원을 통해 수행됐다.

또한 임정훈 연구원이 1저자로 참여한 이번 연구는 국제 학술지 ‘나노 레터스(Nano Letters)’ 4월호(4월11일자)에 게재됐다.