백금 없이도 수소연료전지 성능을 끌어올렸다

[파이낸셜뉴스] 국내 공동연구진이 수소 연료전지의 핵심부품을 백금 없이도 높은 성능을 띄게 만들었다. 철과 질소 탄소를 혼합한 고분자 전해질 연료전지(PEMFC)용 촉매는 성능은 물론 가격 경쟁력까지 갖춰 대량 생산 및 전 세계적 보급에 기여할 것으로 전망된다.

7일 한국과학기술원(KAIST)에 따르면, KAIST 생명화학공학과 이진우 교수팀이 국민대 장세근 교수팀, 서강대 백서인 교수팀과 함께 비백금계 촉매를 사용한 고 전력밀도의 고분자 전해질 연료전지(PEMFC)를 개발했다.

연구진이 개발한 촉매는 PEMFC에서 기존에 개발이 된 철-질소-탄소 촉매보다 44% 향상된 670㎽/㎠의 높은 전력밀도를 보였다.

이진우 교수는 "비 백금계 촉매의 결함과 성능의 관계를 밝히고 결함 조절을 통해 백금을 전혀 사용하지 않고 높은 전력밀도의 고분자 전해질 연료전지(PEMFC)를 개발했다"며 "이번에 개발한 촉매와 합성 방법은 향후 다양한 종류의 연료전지에서 백금을 대체해 적용할 수 있을 것"이라고 말했다.

수소에너지는 유해한 다른 부산물없이 물 만을 배출하며 다른 에너지원들에 비교해서 높은 에너지 밀도를 가지며 다른 재생에너지와 달리 기후, 지리적 한계 없이 사용이 가능하기 때문에 전 세계적으로 주목을 받고 있다. 특히 여러 종류의 연료전지 중 PEMFC는 상용화에 가장 근접한 전지다. 하지만 부품에 백금이 들어가 높은 가격으로 상용화를 위한 연료전지 시스템의 가격 절감에 어려움을 겪고 있다.

연구팀은 금속-질소-탄소 촉매 중 하나인 철-질소-탄소 촉매 나노입자의 활성점 주변의 결함 정도를 조절해 촉매 성능을 향상시켰다. 탄소 기반 물질을 특정 양의 이산화탄소를 흘려주는 방식으로 열처리를 진행했다.

이같은 이산화탄소 활성화 방법을 통해 탄소 기반 촉매 내부의 결함 정도를 미세 조정한 것이다. 그결과 최적화된 촉매가 활성화되도록 만들었다.

한편, KAIST 생명화학공학과 이승엽 박사과정이 제1 저자로 참여해 개발한 고분자 전해질 연료전지(PEMFC)용 촉매는 국제 학술지 '어드밴스드 머티리얼스(Advanced materials)'에 발표됐다.

[e-mail] 김만기 기자