자동차ㆍ가정용 발전기ㆍ휴대용 전자기기 등 다양하게 적용 가능
［헤럴드경제=신상윤 기자］국내 연구진이 수소 연료전지 생산에 들어가는 백금의 양을 획기적으로 줄일 수 있는 원천기술을 개발, 높은 가격으로 인해 대량 생산이 어려웠던 수소 연료전지의 상용화에 청신호가 켜졌다. 이번 연구는 국내 독자적인 원천기술 확보 뿐만 아니라 연료전지 대중화의 토대가 돼 자동차업계에도 영향을 미치는 획기적인 것으로 평가된다.1일 한국과학기술연구원(KIST)에 따르면 KIST 국가기반기술연구본부 연료전지연구센터 유성종<사진>ㆍ김수길 박사와 황승준 연구원은 미래융합기술연구본부 전자재료연구센터 이승철 박사팀과의 공동연구를 통해 원자 수준의 백금 코팅 기술을 사용하여 연료전지에서 백금의 양을 획기적으로 줄이면서도 높은 성능과 내구성을 구현해내는데 성공했다.
이번 연구를 활용, 수소 연료전지 자동차에 들어가는 백금을 백금코팅 촉매로 바꾸면 기존 약 70g이 소요됐던 백금의 양을 20g 수준으로 절감할 수 있을 것으로 예상된다. 이번 연구 성과는 지난 2월 19일 세계적 권위의 과학잡지 ‘네이처(Nature)’의 온라인 자매지인 ‘사이언티픽 리포츠(Scientific Reports)’에 게재됐다.
친환경 자동차인 수소 연료전지 자동차는 수소와 산소를 이용, 전기를 생산해 연료전지를 내연기관 엔진대신 사용하여 유해가스 배출과 소음을 획기적으로 줄일 수 있다. 하지만 대당 2억원이 넘는 가격이 대중화의 걸림돌이었다. 연료전지 가격이 수소 연료전지 자동차 값의 절반을 넘게 차지하는 탓이다.
현재 기술 수준으로 중형급 수소 연료전지 자동차 한 대에 들어가는 백금은 70g 가량인데, 시세를 감안하면 촉매 가격만 1000만원에 달한다. 게다가 백금이 장시간 운전 중 용해돼 연료전지 성능을 저하시키는 현상도 과제였다.
최근 이를 타개하기 위해 높은 전기화학적 활성ㆍ안정성을 갖는 원자 수준 백금 코팅 기술인 ‘코어-쉘’ 구조의 전극촉매에 대한 연구가 시작됐다. 이번에 연구팀이 개발한 기술을 사용하면, 원자 수준 백금을 코팅하는 과정에서 코팅 층이 형성된 후 안정제의 제거를 위해 행해지던 열처리 또는 화학적 처리공정이 필요 없게 된다.
이를 통해 새롭게 제시된 전극촉매는 연료전지의 음극, 양극 모두에 이용될 수 있다. 촉매의 활성도와 내구성이 뛰어나며 우수한 전기화학적 특성을 보이는 것으로 밝혀졌고, 향후 성능이 더 우수한 촉매를 설계하는데 응용될 수 있다고 KIST는 설명했다.
유 박사는 “최근 전력공급 부족에 의한 블랙아웃을 대비한 가정용 발전기 등의 비상발전용 기술로도 활용 가능성이 높다” 라고 말했다.
이번 연구는 촉매합성과 설계 부문으로 나누어 진행되었으며 촉매합성연구는 KIST 연료전지연구센터에서 주도하여 지식경제부(현 산업통상자원부) 신재생에너지사업의 원천기술개발과제, 기초기술연구회 협동연구과제 및 KIST 기관고유 사업을 통해 수행됐다. 촉매설계연구는 KIST 전자재료연구센터의 주도로 미래창조과학부 원천기술개발사업인 나노소재기술개발사업을 통해 수행됐다.
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