수소연료전지용 백금 촉매의 성능·내구성 개선
수소연료전지용 백금 촉매의 성능·내구성 개선
  • 문병도 기자
  • 승인 2020.03.25 10:56
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이재영 GIST 교수 연구팀
질소원자에 있던 고립전자쌍이 백금 입자로 이동하여 산소원자가 쪼개져 물이 생성되는 산소환원반응이 원활히 일어난다. (그림제공=GIST)

[뉴스웍스=문병도 기자] 이재영 광주과학기술원(GIST) 지구·환경공학부 교수 연구팀이 고립전자쌍을 포함한 탄소를 이용하여 수소연료전지 백금 촉매의 성능과 내구성을 개선했다.

백금이 가장 적합한 산소환원반응 촉매로서 평가받고 있지만, 한정적인 매장량으로 인해 상당히 고가이다.

연료전지의 가격경쟁력을 높이기 위해서는 사용되는 백금 촉매의 양을 줄여야 하며, 산소환원반응에서의 성능과 내구성을 향상시켜야 한다.

이 연구에서 개발된 백금촉매는 백금과 질소 원자 간 결합으로 인해 산소환원반응에서 기존 백금촉매 대비 우수한 성능을 가지고 있을 뿐만 아니라, 강력한 원자 간 결합으로 인해 수소연료전지 구동 중에서 용출되는 백금의 양을 최소화하여 내구성을 향상시켰다.

연구팀은 볼밀링법을 이용하여 질소가 도핑된 탄소를 합성하였고, 이를 백금 입자의 담체로 사용하여 수소연료전지의 산소환원반응 촉매로써 적용하였다.

질소가 도핑된 탄소에 다량 포함된 고립전자쌍은 담체에 백금 입자를 균일하게 성장시키는 역할 뿐만 아니라 산소환원반응을 가속화하는 백금과 질소 원자 간의 결합을 형성시키는 것을 확인하였다.

이재영 교수는“탄소담지체의 고립전자쌍이 백금 촉매 형성과정과 반응 메커니즘에서의 역할을 밝혀냄으로써 수소연료전지의 백금 귀금속 촉매의 성능 및 내구성 확보가 가능하게 되었다”면서“이는 수소전기차의 제조 경제성을 높여 수소경제에 큰 기여를 할 수 있을 것으로 기대된다”고 말했다.

한국연구재단의 지원을 받아 수행된 이번 연구결과는 에너지 및 화학 분야의 세계적인 학술지인 켐서스켐 3월호 표지논문으로 게재됐다.

이재영(왼쪽) 교수, 함가현 학생 (사진제공=GIST)
이재영(왼쪽) 교수, 함가현 학생 (사진제공=GIST)
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