백금 사용량 줄이면서 성능·내구성 높인 수소전지 촉매 개발

박구곤 에너지연 박사팀, 미국 연구진과 공동 연구

[이데일리 강민구 기자] 국내 연구진이 미국 연구진과 수소연료전지의 촉매로 사용하는 백금 사용량은 줄이면서 수명은 늘린 코어(core)·쉘(shell) 구조 촉매 기술을 개발했다. 계란의 노른자(코어)를 감싼 흰자(쉘)와 같은 코발트·백금 구조의 촉매 기술을 이용해 기존 백금 촉매 대비 성능은 2배, 내구성은 5배 높였다.

박구곤 한국에너지기술연구원 박사.(사진=한국에너지기술연구원)

한국에너지기술연구원은 박구곤 연료전지연구실 박사 연구팀이 미국 브룩헤이븐국가연구소, 센트럴미시건대 연구팀과 이같은 성과를 거뒀다고 7일 밝혔다.

연구팀은 초음파를 이용한 합성법을 이용해 코발트로 구성된 코어 물질 위에 백금이 원자형태로 1~2개 층을 이뤄 감싼 코어·쉘, 코발트·백금 합금촉매를 만들었다.

세계 최초로 촉매제조에 가압 질화 공정을 도입해 열처리를 하는 동안 다양한 압력 조건의 암모니아 가스 분위기에서 촉매 입자들이 서로 모아지는 과정과 암모니아에서 나온 질소가 코발트 코어 물질로 도입되는 질화 과정에 대한 이론적인 원리를 알아냈다.

또 전자현미경, 원소 분석, X-선 광전자 분광법 분석 결과를 바탕으로 질화과정에서 압력이 증가할수록 코발트 코어의 질화 수준이 늘어나고, 코어·쉘 전극촉매가 지닌 내구성도 좋아진다는 사실을 확인했다.

박구곤 박사는 “간편한 공정을 이용해 코어·쉘 전극촉매를 만들고, 가압 질화 공정을 이용해 촉매의 내구성 기술을 확보했다”며 “연료전지의 상용화를 앞둔 시점에서 가격 경쟁력을 확보하기 위한 원천소재기술로 활용할 수 있다”고 말했다.

연구 결과는 미국화학회가 발행하는 화학분야 국제학술지 ‘에이씨에스 카탈리시스(ACS Catalysis)’의 7일자 표지 논문으로 게재됐다.