KAIST '수소차 연료전지 촉매 1000배 이상 낮췄다'

신소재공학과 조은애 교수, POSTECH 한정우 교수와 공동연구

비귀금속 단일 원자 촉매 개발, 기존 귀금속 백금 대비 1000배 저렴

[대전=뉴시스] 철-질소-탄소-인 원자분산촉매의 투과 현미경 사진(위)과 고활성 메커니즘(아래). *재판매 및 DB 금지

[대전=뉴시스] 김양수 기자 = 수소 연료전지 촉매를 1000배나 저렴하게 생산할 수 있는 기술이 개발됐다.

KAIST는 신소재공학과 조은애 교수팀이 POSTECH 화학공학과 한정우 교수 팀과 공동 연구를 통해 수소연료전지 촉매로 이용되는 백금을 대체할 수 있는 비귀금속 촉매를 개발하고 고활성 메커니즘을 규명하는 데 성공했다고 22일 밝혔다.

수소차에 사용되는 양이온 교환막 연료전지(PEMFC)는 전극 촉매로 많은 양의 비싼 백금 촉매를 사용한다.

이번에 공동연구팀은 백금을 대체할 수 있는 공기극용 '단일 원자 철-질소-탄소-인 소재'를 개발한 뒤 이 소재의 활성 메커니즘도 규명했다.
 
새롭게 개발한 소재는 탄소에 미량의 철 원소가 원자단위로 분산돼 있고 주변을 질소와 인이 결합하고 있는 구조다.
 
특히 이 촉매는 상용제품에 적용되고 있는 양이온 교환막 연료전지(PEMFC) 뿐만 아니라 차세대 연료전지인 음이온 교환막 연료전지(AEMFC)에도 적용이 가능하다.

KAIST 신소재공학과 노정한 박사과정이 제1 저자로, POSTECH 조아라 박사가 공동 제1 저자로 참여한 이번 연구 결과는 미국화학회 촉매분야 국제 학술지 '에이씨에스 카탈리시스(ACS Catalysis)' 온라인판에 지난달 3일 게재됐다. 또 우수성을 인정받아 해당 학술지 보조 표지 논문(Supplementary front cover)으로 실렸다.(논문명:Transformation of the Active Moiety in Phosphorus-Doped Fe-N-C for Highly Efficient Oxygen Reduction Reaction)

조은애 교수는 "기존 단일원자 철-질소-탄소 촉매의 활성부에 인을 첨가시켜 한계를 극복하고 성능향상에 성공했다"며 "새로운 촉매가 개발되더라도 실제 연료전지에 적용하는 것은 어려운 경우가 많지만 이번에 개발한 촉매는 양이온 교환막 연료전지와 음이온 교환막 연료전지에 적용해서 모두 성능을 높이는데 성공했다"고 말했다.


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