[월간수소경제 송해영 기자] 한국과학기술원(KAIST)이 경제성과 수명을 모두 향상시킨 연료전지 촉매 개발에 성공했다. 

한국과학기술원은 조은애 교수 연구팀이 백금 사용량을 90% 줄이면서 동시에 수명은 2배 향상시킨 연료전지 촉매를 개발했다고 지난 17일 밝혔다. 임정훈 연구원이 1저자로 참여한 이번 연구는 국제 학술지 ‘나노 레터스(Nano Letters)’ 4월호(4월 11일자)에 게재됐다.

연료전지는 대기오염 물질을 배출하지 않는 친환경 발전장치로, 수소연료전지 자동차 한 대는 성인 70명이 호흡하는 공기로부터 미세먼지와 초미세먼지를 98% 이상 정화할 수 있어 ‘달리는 공기청정기’로 불린다.

하지만 연료전지의 전극촉매로 사용되는 백금의 비싼 가격은 상용화를 가로막는 커다란 장벽이다. 또한 현재 개발된 탄소 담지 백금 나노촉매의 산소환원반응 활성과 내구성은 상용화 기준에 미치지 못 하고 있다.

이에 연구팀은 기존 백금 기반 촉매들의 산소환원반응 활성 및 내구성 증진을 목표로 삼았다. 백금과 니켈 합금 촉매를 합성한 뒤 성능 증진을 위해 여러 금속 원소를 도입한 결과 갈륨이 가장 효과적임을 발견했다.

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

특히 조 교수 연구팀에서 개발한 촉매를 이용해 연료전지를 제작할 경우 가격이 30% 낮아지면서도 수명은 2배 이상 향상돼 실제 시스템에 충분히 적용 가능함을 확인할 수 있었다.

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 가격 저감과 내구성 향상을 동시에 달성한 연구 성과로 수소전기차, 발전용 연료전지의 시장경쟁력 제고가 기대된다”고 말했다.

이번 연구는 에너지기술평가원, 한국연구재단 기후변화대응사업과 국방과학연구소의 지원으로 수행됐다.