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[기술] 알칼라인 연료전지 핵심부품 단가 1,000분의 1로 줄인다

날짜 : 2019-07-26조회수 : 61

[기술] 알칼라인 연료전지 핵심부품 단가 1,000분의 1로 줄인다

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출처 : 동아사이언스('19.7.25) 링크 : http://dongascience.donga.com/news/view/30184
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백금계 촉매를 사용하는 알칼라인 연료전지를 만들 핵심 소재의 제조단가를 약 1,000분의 1 수준으로 줄여줄 새로운 탄소계 촉매가 개발됐다.

 

한국과학기술연구원(KIST)은 유성종 수소·연료전지연구단 책임연구원과 정남기 충남대 에너지과학기술대학원 교수 공동연구팀이 알칼라인 연료전지에 쓰일 새로운 탄소계 촉매를 개발했다고 25일 밝혔다.

 

알칼라인 연료전지는 화학 에너지를 전기 에너지로 변환하는 에너지 변환장치로, 에너지 발생 단계에서 물만을 배출해 친환경적이다. 이 연료전지의 효율을 정하는 것은 산소환원반응이다. 산소환원반응은 산소가 전자와 물에 반응해 수산화물을 생성하는 반응으로, 백금 계열의 촉매를 사용해 산소환원반응의 활성을 돕는 경우가 많다.

 

하지만 백금 촉매는 내구성이 떨어지고 가격이 비싸다는 단점이 있다. 그에 따라 백금 촉매를 대신할 탄소계 촉매에 대한 연구가 활발하다. 현재까지 개발된 탄소계 촉매들은 높은 산소환원반응을 이끌어내지만 실제 알칼라인 연료전지에 사용할 경우 성능이 떨어진다는 한계를 있었다.

 

연구팀은 이런 한계를 해결한 새로운 탄소계 촉매를 개발했다. 먼저 탄소계 촉매를 코어-구조로 설계했다. 코어-쉘 구조는 중심에 있는 물질에 껍질처럼 물질을 한번 더 둘러싼 형태다. 연구팀은 코발트 재질의 중심에 그래핀 구조의 탄소 껍질을 둘러 씌웠다코어-쉘 구조를 통해 산화환원반응 면적을 극대화했으며 백금계열 촉매와 유사한 구조의 전극을 형성했다고 설명했다.

 

연구팀이 개발한 새로운 탄소계 촉매는 그래핀 껍질의 효과로 상용 백금계 촉매에 비해 우수한 내구성을 보이는 것으로 나타났다. 유 연구원은 "자동차 구동 시간을 비교하면, 백금계 촉매가 1,000시간 구동이 가능할 때 새로 개발한 탄소계 촉매는 2,000시간 구동이 가능하다""새로 개발한 탄소계 촉매는 백금계 촉매 가격의 1,000분의 1로 매우 저렴하다"고 설명했다. "성능은 백금계 촉매 알칼라인 연료전지와 비슷하다고 덧붙였다.

 

유 연구원은 명확하지 않았던 산소환원반응이 발생하는 활성점에 대해 밝혔다실제 연료전지 구동에 핵심인 전극 구성과 같은 새로운 개발 방향에 대한 가능성을 제시했다고 밝혔다.

 

이번 연구결과는 국제학술지 에너지및환경과학회지’ 7월호에 발표됐다