고려대, 수소연료전지 상용화 앞당길 기술 개발

이광렬 화학과 교수팀 연구 성과
“장시간 구동에도 내구성 향상”

[이데일리 신하영 기자] 고려대 연구팀이 수소연료전지의 상용화를 앞당길 기술을 개발했다.

(왼쪽부터) 고려대&KIST 박예지 박사(제1저자), 고려대 화학과 김도엽 박사과정(제1저자), 성균관대 이상욱 교수(교신저자), KIST 유성종 박사(교신저자), 고려대 화학과 이광렬 교수(교신저자) ※사진=고려대 제공

고려대는 이광렬 화학과 교수팀이 한국과학기술연구원(KIST)·성균관대 연구팀과의 공동 연구에서 이러한 성과를 거뒀다고 15일 밝혔다.

수소연료전지는 수소와 산소의 전기화학 반응을 통해 전기를 생산하는 친환경 에너지 기술이다. 수소연료전지의 성능·내구성은 음극에서 일어나는 산소 환원 반응에 의해 좌우된다.

다만 산소 환원 반응은 장시간 구동 시 촉매 열화가 발생하는 단점이 있다. 기존에 사용되던 백금 기반 인터메탈릭 촉매는 원자 조성과 배열의 조절 범위가 제한돼 전자 구조를 정밀하게 제어하는 데에 한계가 있었다.

연구팀은 이를 극복하기 위해 새로운 촉매 설계 전략을 제안했다. 이를 바탕으로 백금(Pt)·코발트(Co)·망간(Mn)으로 구성된 삼원계 나노촉매를 새롭게 설계했다. 이 과정에서 촉매와 산화물 사이의 계면에서 형성되는 산소 결함을 활용해 촉매 내부의 원자 배열을 제어함으로써 삼원계 기반 촉매를 성공적으로 구현했다.

새롭게 개발된 촉매는 내부 전자 구조가 최적화돼 산소 환원 반응을 활성화시키고 내구성을 향상시키는 것으로 확인됐다. 15만 회 이상의 가속 내구성 시험 이후에도 초기 성능의 96% 이상을 유지했다.

이번 연구는 한국연구재단의 리더연구사업 등의 지원을 받아 수행했다. 연구 결과는 재료·에너지 분야 국제 저명 학술지(Advanced Materials)에 게재됐다. 이광렬 교수는 “이번 연구는 원자 수준에서 구조적 질서와 조성 설계를 동시에 제어할 수 있는 새로운 촉매 설계 전략을 제시한 것”이라며 “실제 연료전지 구동 조건에서도 우수한 성능을 입증해 차세대 수소연료전지의 실용화 가능성을 크게 높였다”고 설명했다.