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연료전지 비싸게 하는 귀금속 촉매 대체하는 촉매 나왔다

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연료전지 비싸게 하는 귀금속 촉매 대체하는 촉매 나왔다

2019.05.30 18:59
(왼쪽부터)이재영 광주과학기술원(GIST) 지구환경공학부 교수와 김형준 KAIST 화학과 교수, 강신우 GIST 석사과정생, 하윤후 석박사통합과정생 공동연구팀은 값싼 비(非)귀금속 기반 고효율 연료전지 촉매 개발에 성공했다고 30일 밝혔다. GIST 제공
(왼쪽부터)이재영 광주과학기술원(GIST) 지구환경공학부 교수와 김형준 KAIST 화학과 교수, 강신우 GIST 석사과정생, 하윤후 석박사통합과정생 공동연구팀은 값싼 비(非)귀금속 기반 고효율 연료전지 촉매 개발에 성공했다고 30일 밝혔다. GIST 제공

연료전지에 촉매로 쓰이는 백금을 싼 금속으로 대체할 수 있는 촉매가 개발됐다.

 

이재영 광주과학기술원(GIST) 지구환경공학부 교수와 김형준 KAIST 화학과 교수 공동연구팀은 값싼 비(非)귀금속 기반 고효율 연료전지 촉매 개발에 성공했다고 30일 밝혔다.

 

연료전지의 성능을 좌우하는 것은 연료전지의 극에서 일어나는 산소환원반응의 효율이다. 산소환원반응의 효율을 높이기 위해서 다양한 촉매가 쓰이는데 현재까지 가장 적합한 촉매로 평가받는 것은 백금이다. 문제는 귀금속인 백금의 가격이 비싸 수소차의 가격이 비싸지는 원인이 된다는 것이다. 이에 귀금속 대신 가격이 싼 금속 촉매를 찾는 연구가 진행되고 있다.

 

연구팀은 전기방사법을 통해 니켈, 코발트, 철 등을 담은 탄소나노섬유 촉매를 제작했다. 전기방사법은 전기장 하에서 섬유를 길고 가늘게 뽑아내는 기법이다. 연구팀은 제작한 촉매의 구조와 전자를 떼어내는 데 드는 에너지인 일함수를 계산해 촉매 성능과 상관관계를 갖는 변수가 일함수임을 발견했다. 일함수가 낮으면 근처 탄소층에 전자를 많이 전달하게 돼 산소가 환원되는 효율을 높인다.

 

분석 결과 철 기반의 탄소나노섬유가 최적의 일함수를 가져 가장 높은 성능을 보였다. 연구팀은 연료전지의 수명도 강화하기 위해 촉매의 내구성도 고려해 새로 개발한 촉매에 코발트를 10% 포함시켜 내구성도 높였다.

 

이 교수는 “이번 연구는 철 기반 비귀금속 촉매의 내구성 문제를 실험과 계산으로 해결한 것”이라며 “수소기반 연료전지의 상용화를 앞당길 것으로 기대한다”고 말했다.

연구결과는 22일 국제학술지 ‘물리화학 레터스 저널’에 실렸다.

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