수소연료전지 단가 절감에 기여할 산소환원반응 촉매가 국내 연구진에 의해 개발됐다.
이번 성과는 수소차나 발전소 등에 쓰이는 수소연료전지 상용화에 크게 기여할 것으로 기대를 모은다.
기존 수소연료전지는 백금을 촉매로 주로 사용했으나 희소성과 높은 가격으로 상용화가 쉽지 않았다. 이에 백금을 대체할 수 있는 고성능, 저가 촉매 개발에 대한 수요가 증가하고 있다.
황, 코발트와 같은 다른 원소나 작용기를 촉매제로 하는 연구도 진행되고 있으나, 공정을 복잡하게 만들고 단가가 높아지는 단점이 있다.
연구팀은 촉매 입자 크기만을 조절해 촉매가 전해질에 효과적으로 접근하도록 만들었다. 특히 값비싼 백금 대신 저렴한 비 백금계 촉매를 도입함으로써 연료전지가 차량과 발전소 및 가정용 등으로 폭넓게 적용될 수 있도록 했다.
연구팀은 철과 질소 전구체를 기공을 다수 보유한 공 모양의 실로콘 산화물인 다공성 구형 실리카에 넣은 후 나노주형법으로 백금을 사용하지 않는 촉매를 제조했다. 나노주형법은 기공을 가진 단단한 금속산화물을 주형틀로 사용해 다공성 소재를 제조하는 방식이다. 주형틀 속 기공 안에 제조할 소재의 전구체를 넣고 고체화한 후 주형틀을 제거하면 원하는 소재를 얻을 수 있다.
연구팀은 개발한 촉매가 철과 질소 간 결합을 통해 백금보다 우수한 성능을 나타내는 것을 확인했다.
박찬호 교수는 "음이온 전해질막 수소연료전지에 적용할 수 있는 비 백금계 산소 환원 촉매를 개발했다는 점에서 이번 연구는 큰 의의를 지닌다"면서 "향후 저렴한 신규 산소환원반응 촉매 개발을 통해 수소 연료전지 단가 절감에 기여하고 광범위한 상용화가 이뤄질 수 있기를 바란다"고 말했다.
김동진 기자 communication@chosunbiz.com