포스텍 연구진 값싼 자동차 연료전지 촉매 개발

고갈돼 가는 화석에너지를 대체할 수 있는 친환경 에너지 연료전지. 하지만 연료전지 촉매인 백금의 비싼 '몸값' 때문에 이를 상용화하거나 보급하는 데 어려움이 컸다.

포스텍(포항공대) 화학공학과 이진우 교수, 통합과정 이성규 씨 팀은 세계적 화학지 안게반테케미지를 통해 서로 다른 원소를 씌운 다공성 탄소를 합성해 연료전지 속에서 환원반응이 일어나는 촉매를 개발해 내는 데 성공했다고 최근 발표했다.

다공성 탄소는 기존 백금 촉매가격의 10%밖에 안 되면서도 실제 성능은 백금과 거의 비슷한 수준을 보여 학계의 큰 관심을 모으고 있다. 특히 비금속계 촉매를 실제 연료전지 시스템에 적용하는 연구가 아직 진행되지 않은 상태에서, 이번 연구팀이 성과를 이뤘다는 점에서 높은 평가를 받고 있다.

연구팀은 이번 기술 개발을 위해 우선 구조가 규칙적인 다공성 탄소를 블록공중합체의 자가조립 현상을 이용해 간단히 합성한 다음, 연료전지의 단위전지에 적용했다. 구멍의 크기가 커 반응물질 전달을 원활하게 하는 다공성 탄소는 전달 과정에서 일어나는 저항을 낮추고, 반응이 일어나는 표면적을 높여 효율을 최적화할 수 있다는 점에서 이번 기술의 핵심열쇠로 작용했다.

연구팀은 상용 백금 촉매의 70%에 달하는 성능을 얻었고, 비금속계 촉매가 연료전지에 적용될 수 있다는 점을 이번에 증명해 냄으로써, 앞으로 연료전지 자동차나 가정용 연료전지, 이동형 연료전지 등에 활용되는 고분자 전해질 연료전지 산업이 크게 변화될 전망이다.

연구팀은 이번 연구와 별도로 서로 다른 원소가 도핑된 탄소에서 이종원소의 위치를 조절하는 방법도 함께 개발, 위치에 따른 연료전지 성능의 영향도 처음으로 규명했다. 이 성과는 연료전지뿐만 아니라 이산화탄소 환원 기술과 같은 다양한 전기화학 촉매 분야에도 응용될 수 있을 것으로 기대된다.