미래 동력원 수소 연료전지 상용화 앞당기는 기술 국내에서 개발됐다

　

새로 개발한 수소 연료전지 백금-코발트 합금 촉매 제조 과정. 고분자 내 아미드기의 질소와 코발트 이온의 강한 상호작용으로 코발트-질소 결합이 합금 나노 입자 표면에서 형성된다.

수소 연료전지의 효율성과 내구성을 높이는 기술이 국내에서 개발됐다. 한국과학기술연구원(KIST) 유성종 박사팀은 연료전지에 쓰이는 백금-전이금속 합금 촉매에 고분자를 이용해 성능과 내구성을 극대화한 연료전지 촉매를 개발했다고 29일 밝혔다.

연료전지는 수소와 산소의 전기화학 반응을 통해 직접 전기를 생산하는 발전장치다. 연료전지는 반응 물질인 수소와 산소를 외부로부터 공급받기 때문에 충전할 필요가 없다. 이런 이유로 미래 자동차용 동력원으로 주목받고 있다. 수소 연료자동차는 이론적으로 석유 자동차와 비교해 효율이 높고 오염물질이 물 이외에는 없어 차세대 자동차로 주목받고 있다.

연구팀은 그동안 고가의 백금 촉매 사용량을 줄이면서 촉매 산소 환원 반응 활성을 극대화기 위해 니켈(Ni), 코발트(Co), 철(Fe) 등 전이금속을 백금과 합금시키는 연구를 진행했다. 그 결과 기존 백금-전이금속 합금 촉매가 가진 단점을 보완하고 전이금속 원자를 선택적으로 기능하는 연료전지 촉매를 개발했다.

기존 연료전지 전이금속은 쉽게 산화되는 물리적 특성 때문에 내구성이 약했다. 연구팀은 아미드기를 가진 고분자를 활용해 산소 환원 반응 활성과 장기 내구성을 높인 연료전지 촉매를 개발했다. 유성종 박사는 “백금계 산소환원반응 촉매가 가지고 있는 단점을 효과적으로 보완했다”며 “이번 연구로 수소 연료전지의 상용화에 한 발 다가갈 수 있다”고 말했다. 새로 개발된 촉매를 활용하면 연료전지 촉매 활성을 2배 높일 수 있고 안정화와 내구성도 4배 늘릴 수 있다.

강기헌 기자 emckk@joongang.co.kr

☞아미드(amide)=질소 원자에 카보닐기(R-C=O)가 결합된 유기화합물이다. 무색 결정으로 유기합성 원료로 이용된다.