김희연 에너지기술硏 박사팀 논문 ‘ASC Nano’ 표지 장식
신구조 촉매 통한 내구성 향상으로 부식·응집 현상 개선
한국에너지기술연구원(원장 이기우) 김희연 에너지소재연구실 박사는 한국과학기술원(KAIST), 옥스퍼드대학교 연구팀과 함께 연료전지의 내구성을 높일 수 있는 새로운 구조의 촉매를 개발하는데 성공했다. 이번 연구 성과를 담은 논문은 6월 23일, 나노분야 세계 최고 권위의 학술지인 ‘ASC Nano’의 표지를 장식했다.
이번에 개발된 촉매는 백금 코어와 다공성 그래핀쉘로 구성된 새로운 구조를 지니고 있다. 이 촉매는 기존 상용 촉매와 유사한 성능에서 150% 이상의 내구성을 나타냈으며, 다공성 그래핀쉘의 영향으로 연료전지의 비활성화 원인인 부식, 탈락, 응집 등의 현상을 크게 개선했다.
김희연 박사팀은 아울러 동시기화공정을 최초로 개발해 촉매 합성 공정을 대폭 축소하는데도 성공했다. 기존에는 촉매를 제조하기 위해 담지, 건조, 소성, 환원 등 여러 단계의 복잡한 과정을 거쳐야 했다.
그러나 동시기화공정을 이용하면 원하는 조성과 형상의 구조체를 한 번에 합성할 수 있고, 이 과정에서 전극까지 성형할 수 있다. 특히 별도의 전극 제조공정 필요 없이 코어쉘 구조체의 합성과 동시에 이들이 고르게 분산된 연료전지용 전극을 제조할 수 있게 됐다.
김희연 박사는 “이번 연구 결과로 촉매의 내구성이 향상되고 제조 공정이 단일화 돼 연료전지 상용화를 앞당길 수 있을 것”이라며 “현재 개발된 기술을 연료전지 촉매뿐만 아니라 이차전지 전극소재와 화학반응용 촉매소재에도 응용하기 위한 연구를 진행 중이”이라고 말했다.
한편 연구진은 제이미 워너 옥스퍼드대 교수 연구팀과 수차보정 및 투과전자현미경(AC-TEM)을 사용한 원자단위 구조분석을 통해 새로운 촉매의 성능과 내구성 향상의 원인을 입증했다. 아울러 이번 연구에 포함된 기술 중 10여건의 국내외 특허도 확보하는 성과를 거뒀다.
채덕종 기자 yesman@e2news.com
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