국내 연구진이 기존 백금 연료전지 촉매의 단점을 개선한 ‘신개념 전극 촉매’를 개발하는 데 성공했다.
간단한 촉매 합성법을 활용하면 수소 연료전지를 대량생산 할 수 있어 친환경 에너지 활성화에 기여할 것으로 기대된다.
과도한 화석에너지 사용으로 인한 지구 온난화 심화로 수소연료전지가 친환경 차세대 발전기술로 주목받는다. 수소연료전지는 주로 백금을 전극 촉매로 사용하지만, 연료전지가격의 40% 이상을 차지하는 백금의 비싼 가격과 낮은 안정성으로 대량생산이 쉽지 않았다.
유종성 교수 연구팀은 마그네슘의 낮은 녹는점과 전자구조적 특성에 주목, 백금과 결합하면 높은 안정성을 가진 합금 촉매가 탄생할 것으로 판단했다.
연구팀은 쉽게 산화하는 마그네슘의 특성 때문에 백금과 합성이 어려운 점을 해결하고자 마그네슘 금속을 전구체로 사용하는 합성법을 고안했다.
이를 위해 백금염이 담지된 탄소 담지체와 마그네슘 금속 파우더를 섞은 후, 수소·아르곤 혼합가스에서 650도 고온 열처리를 진행했다. 이때 마그네슘 금속이 녹아 백금염과 혼합되면서 ‘백금-마그네슘 합금 촉매’가 완성됐다.
연구팀은 완성된 ‘백금-마그네슘 합금 촉매’의 단위질량 당 활성도(합금 촉매의 발전 성능을 나타냄)가 0.43 A/mg으로, 기존 백금 촉매 활성도인 0.16 A/mg보다 약 2.7배 향상된 것을 확인했다. 미국 에너지부(Department of Energy) 기준 연료전지 안정성 평가에서도 기존 백금 촉매보다 1.5배 더 안정적임을 확인했다.
유종성 DGIST 교수는 "이번 연구는 값비싼 백금 함량을 줄이면서 활성과 안정성을 개선한 값진 성과"라며 "촉매의 합성법 또한 간단해 수소 연료전지 대량생산에 기여할 수 있을 것"이라고 밝혔다.
김동진 기자 communication@chosunbiz.com