수소전기차의 연료전지 성능을 향상시킬 수 있는 새로운 합금촉매를 국내 연구진이 개발했다.

광주과학기술원(GIST)은 박찬호 융합기술학제학부 교수팀이 수소전기자동차 연료전지에서 수소결핍으로 인한 음극 역전압 현상에 대한 내구성을 개선한 다기능 비백금계 촉매를 개발했다고 22일 밝혔다.

박찬호 광주과학기술원 융합기술학제학부 교수/ GIST
박찬호 광주과학기술원 융합기술학제학부 교수/ GIST
박찬호 교수 연구팀이 개발한 이리듐-루테늄 합금 촉매는 연료전지 음극에 적용했을 때 백금과 동일한 성능을 보이면서도 음극의 내구성을 크게 향상시킨다. 향후 연료전지 음극에서 백금을 대체할 수 있을 것으로 기대된다.

주로 백금을 수소 산화 반응용 음극 촉매로 사용하는 기존 수소연료전지는 희소성과 높은 가격, 연료전지 내 물 범람, 반응 기체 공급 이상 등이 발생해 촉매 안정성에 걸림돌로 작용했다.

이리듐-루테늄 촉매를 확대해 관찰한 모습./ GIST
이리듐-루테늄 촉매를 확대해 관찰한 모습./ GIST
연구팀은 이리듐-루테늄 합금 비율을 최적화했다. 수소 산화 반응과 산소 발생 반응에서 모두 우수한 촉매를 개발해 연료전지 음극에서 백금촉매를 대체했다. 수소 연료가 부족한 상황에서 우수한 산소 발생 및 탄소 부식을 억제해 음극의 역전압 내구성도 높였다.

연구팀이 제작한 단위전지는 상용 백금 촉매와 유사한 성능을 구현했다. 수소 부족 현상을 이용한 음극 역전압 내구성 평가에서 10분 이하의 짧은 시간만 버티는 백금촉매 음극에 비해 175배 향상된 7시간 이상을 버티는 것이 확인됐다.

박 교수는 "이번 연구는 이리듐-루테늄 합금 촉매를 산성 조건에서 합성해 단위 전지에서 성능과 음극의 내구성을 확보했다는 데 의의가 있다"며 "향후 이리듐-루테늄 촉매의 산화 문제에 대한 해결책을 고민해 내구성을 높게 요구하는 수소 전기 상용차에 적용할 수 있기를 기대한다"고 말했다.

이광영 기자 gwang0e@chosunbiz.com