기초과학연구원(IBS·원장 김두철)은 나노입자 연구단(단장 현택환)이 발전효율성과 안정성을 높인 수소연료전지 촉매를 개발했다고 7일 밝혔다.

수소연료전지는 석유나 가스 등에서 추출한 수소를 공기 중 산소와 반응시켜 전기를 생산하는 소형발전기로 백금이 촉매로 이용된다.

촉매는 화학반응에 참여해 반응속도를 올리거나 떨어뜨린 뒤 반응 후에 원래 상태로 남는 물질이다.

하지만 백금은 고열에서 쉽게 변형되고 기능을 상실하는데다 제작단가가 비싸 이를 대신할 촉매 연구가 활발하게 진행되고 있다.

IBS는 나노촉매에 1㎚(나노미터) 이하의 얇은 탄소원자막을 입히는 방법으로 효율은 높이고 비용은 줄인 촉매를 개발하는데 성공했다.

기존 안정적인 촉매 합금 제작시 고온의 수소 열처리를 하는데 이 과정에서 수 나노미터의 나노입자가 수십 나노미터 크기로 뭉쳐져 활성 효율을 떨어뜨리는 문제가 있었다.

연구팀은 백금과 철로 이루어진 나노합금 표면에 신경전달물질로 쓰이는 도파민 고분자를 도포, 열처리함으로써 탄소원자막을 생성해 입자들의 움직임과 촉매 간 합성을 억제했다.

이로 인해 백금량 당 발전량이 기존에 비해 10배(0.14 mA/g → 1.6 mA/g) 높아졌고 반복 사용시에도 성능저하가 거의 없는 것으로 확인됐다.

또 백금과 철 나노입자를 합금하는 방법으로 백금사용을 절반으로 줄여, 연료전지의 단가를 크게 낮출 수 있다고 연구팀은 설명했다.

성영은 IBS 그룹리더(서울대 화학생물공학부 교수)는 "저비용, 고성능, 고안정성의 특성을 모두 만족 시키는 촉매를 제작할 수 있게 됐다"며 "이로써 수소연료전지를 탑재한 차량의 보급 확대와 향후 연료전지 기반 사업의 획기적 전환점을 가져올 것으로 기대한다"고 말했다.

한편, 연구결과는 국제 학술지인 '미국화학회지(JACS, Journal of the American Chemical Society, IF 12.11)' 온라인판에 지난 4일 게재됐다.

신성우  sungwoo2010@hanmail.net

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