수소연료전지 내 탄소기반 촉매 내구성 저하 원인 규명

탄소기반 촉매의 비활성화 과정 모식도(한국연구재단 제공)© News1

(대전ㆍ충남=뉴스1) 김태진 기자 = 한국연구재단(이사장 노정혜)은 광주과학기술원 최창혁 교수‧KAIST 김형준 교수(한국과학기술원) 공동 연구팀이 수소연료전지 내에서 탄소기반 촉매의 내구성이 저하되는 원인이 활성산소임을 규명했다고 16일 밝혔다.

수소자동차의 가격 경쟁력을 갖추기 위해 값비싼 백금 촉매를 저렴한 탄소기반 촉매로 대체하려는 연구가 다각적으로 이뤄졌다. 그 결과 성능 면에서는 기존 백금 촉매에 견줄 만큼 발전됐지만, 100시간도 되지 않는 낮은 내구성으로 인해 상용화로 적용되지 못하고 있다.

이에 연구팀은 탄소기반 촉매의 낮은 내구성이 중간 생성물인 활성산소 때문임을 규명하고, 촉매의 안정성을 확보할 기반을 마련했다.

수소연료전지를 구동할 때 과산화수소가 생성된다. 마치 소독제인 과산화수소를 상처에 발랐을 때처럼 과산화수소가 탄소기반 촉매에 노출되면 활성산소에 의해 거품이 일어난다.

연구팀은 이 활성산소에 의해 촉매성능이 감소한 것을 확인했다.

또 탄소기반 촉매에서 활성산소에 의해 생긴 산소작용기를 제거하면 촉매 성능이 회복되는 것을 알아냈다.

촉매의 구조는 붕괴되지 않아 활성산소를 제어하는 것만으로 성능을 80% 이상 회복할 수 있다.

최창혁 교수는 “탄소 기반 촉매의 내구성에 대한 지난 수년간의 수수께끼를 풀어냈다”며 ”활성산소 제어를 통해 탄소기반 촉매의 성공적인 연료전지 자동차 도입을 연구할 계획"이라고 말했다.

이번 연구는 과학기술정보통신부·한국연구재단 미래소재디스커버리사업, 기초연구사업(신진연구)의 지원으로 수행됐다.

이번 연구 성과는 환경과학 분야 최고 권위 학술지인 ‘에너지 엔 인바이런멘탈 사이언스(Energy & Environmental Science)’ 지난 4일자에 게재됐다.
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