GIST, 수소연료전지용 백금 촉매 성능·내구성 개선

광주과학기술원(GIST) 지구·환경공학부 이재영 교수 연구팀이 '고립전자쌍'을 포함한 탄소를 이용해 수소연료전지 백금 촉매의 성능과 내구성을 개선했다.

고립전자쌍은 다른 원자와 결합하지 않은 상태로 있는 두 개의 전자로 구성된 쌍을 뜻한다.

현재 수소연료전지의 확대·보급을 위해서는 저백금·고내구성 전극 개발 등을 해결해야 한다.

백금이 가장 적합한 산소 환원 반응 촉매로서 평가받고 있지만, 한정적인 매장량으로 인해 상당히 가격이 비싼 단점이 있다.

결국 연료전지의 가격경쟁력을 높이기 위해서는 사용되는 백금 촉매의 양을 줄여야 하며, 산소 환원 반응에서 성능과 내구성을 향상해야 한다.

이 교수팀이 새롭게 개발한 백금촉매는 백금과 질소 원자 간 결합 산소 환원 반응에서 기존 백금촉매 대비 우수한 성능을 가지고 있을 뿐만 아니라, 강력한 원자 간 결합으로 인해 수소연료전지 구동 중에서 용출되는 백금의 양을 최소화해 내구성을 개선했다.

세라믹 볼과 시료를 빠른 속도로 회전 시켜 마찰열로 화학반응을 일으키는 '볼 밀링법'을 이용해 질소가 도핑된 탄소를 합성하고, 이를 백금 입자의 담체로 사용해 수소연료전지의 산소 환원 반응 촉매로 활용했다.

이재영 교수는 "탄소 담지체의 고립전자쌍이 백금 촉매 형성과정과 반응 메커니즘에서 하는 역할을 밝혀냄으로써 수소연료전지의 백금 귀금속 촉매의 성능과 내구성을 개선할 수 있게 됐다"며 "이는 수소전기차의 제조 경제성을 높여 수소경제에 크게 기여할 수 있을 것으로 기대된다"고 말했다.

이번 연구는 에너지 및 화학 분야의 세계적인 학술지인 'ChemSusChem' 3월호 표지논문으로 게재되었다.

/연합뉴스