GIST(광주과학기술원·총장 김기선)는 박찬호 융합기술학제학부 교수 연구팀이 산성 조건에서 백금과 유사한 활성을 갖는 다기능성 비백금계 촉매를 개발했다고 22일 밝혔다. 해당 촉매는 수소전기차 연료전지 음극의 역전압 현상에 대한 내구성을 크게 향상시켰다.

역전압현상은 수소 연료가 부족할 때 음극의 전압이 높아지면서 양쪽 전극의 전압이 역전되는 현상을 말한다.

기존 수소연료전지는 주로 백금을 수소 산화 반응용 음극 촉매로 사용한다. 희소성과 높은 가격 뿐만 아니라 연료전지 내 물 범람, 반응 기체 공급 이상 등이 발생해 촉매의 안정성에 걸림돌로 작용했다. 특히 수소 결핍에 의해 음극의 역전압 현상이 발생할 경우, 높은 전압에 의해 탄소 담체의 부식이 진행되며 이는 촉매의 안정성을 크게 감소시킨다.

연구팀은 이리듐-루테늄 합금 비율을 최적화해 수소 산화 반응과 산소 발생 반응에서 모두 우수한 촉매를 개발해 연료전지 음극에서 백금촉매를 대체했다. 또 수소 연료가 부족한 상황에서 우수한 산소 발생 및 탄소 부식을 억제해 음극의 역전압 내구성을 향상시켰다. 

연구팀에 따르면 제작한 단위전지는 상용 백금 촉매와 유사한 성능을 구현했다. 특히 음극 역전압 내구성 평가에서 10분 이하의 짧은 시간만 버티는 백금촉매 음극에 비해 175배 향상된 7시간 이상을 버티는 것을 확인했다. 

박찬호 교수는 "이번 연구성과는 이리듐-루테늄 합금 촉매를 산성 조건에서 합성해 단위 전지에서 성능과 음극의 내구성을 확보했다는 데 가장 큰 의의가 있다"면서 "향후 이리듐-루테늄 촉매의 산화 문제에 대한 해결책을 고민해 내구성이 높게 요구되는 수소 전기 상용차에 적용될 수 있기를 기대한다"고 말했다. 

연구결과는 Journal of Materials Science & Technology에 6월 21일자로 온라인 게재됐다.