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KIST, 차세대 연료전지에 쓰이는 촉매기술 개발

유성종 박사팀-정남기 충남대 교수와 공동 연구
백금 대체 가능한 탄소계 코어-쉘 구조, 비용 절감 기대
KIST(한국과학기술연구원·원장 이병권)는 유성종 수소·연료전지연구단 박사팀이 정남기 충남대 교수와 공동 연구를 통해 차세대 연료전지에 사용되는 저가형 촉매를 개발했다고 25일 밝혔다.

차세대 연료전지로 각광을 받고 있는 알칼라인(Alkaline) 연료전지는 알카라인 조건에서 수소와 산소의 화학적 에너지를 전기적 에너지로 변환한다. 에너지 발생 단계에서 물만 배출해 친환경 에너지원으로 꼽힌다. 

알칼라인 연료전지는 산소환원반응에 전기화학적 활성이 우수한 백금 기반의 합금 나노 입자를 사용해왔다. 하지만 백금 계열 촉매는 가격이 비싸고, 내구성이 약한 한계를 가지고 있었다. 이에 국내외에서 백금 소재를 대체하고자 탄소계 촉매에 대한 연구가 활발히 이뤄지고 있다. 

KIST-충남대 공동 연구진은 고가의 백금계 촉매를 대체 할 수 있는 탄소계 촉매를 개발하고 연료 전지 성능과 내구성을 향상시켰다. 코발트 재질의 코어에 그래핀 구조의 탄소 껍질을 갖는 '코어-쉘' 구조의 촉매를 개발했다. 연구진은 코어-쉘 구조를 통해 반응 면적을 극대화해 상용 백금 촉매와 유사한 구조의 전극을 형성했고, 이를 통해 연료전지 성능을 향상시키는데 성공했다.

연구진은 코발트 금속상에 그래핀 껍질을 형성할 경우 산소환원반응에 유리한 그래핀 표면 전자구조를 유도한다는 사실을 확인했다. 또 상용 백금계 소재와 유사한 연료전지 성능을 구현할 수 있게 만들어 비(非)백금계 촉매의 상용화 시기를 앞당길 수 있음을 입증했다. 

유성종 박사는 "이번 연구는 연료전지 구동에 핵심인 전극 구성에 대한 관점을 포함한 새로운 개발 방향에 대한 가능성을 볼 수 있었다"고 말했다. 

이번 연구는 과학기술정보통신부 지원으로 KIST 기관 고유사업으로 이뤄졌다. 연구 결과는 에너지 환경 분야에서 최고 권위인 'Energy & Environmental Science'에 게재됐다. 
KIST(한국과학기술연구원)는 유성종 수소·연료전지연구단 박사팀이 정남기 충남대 교수와 공동 연구를 통해 차세대 연료전지에 사용되는 저가형 촉매를 개발했다고 밝혔다. <사진=KIST 제공>KIST(한국과학기술연구원)는 유성종 수소·연료전지연구단 박사팀이 정남기 충남대 교수와 공동 연구를 통해 차세대 연료전지에 사용되는 저가형 촉매를 개발했다고 밝혔다. <사진=KIST 제공>
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