한양대 유원철, 이상욱 교수팀과 KIST 유성종 박사 연구팀, GRRC 지원 받아
비백금 촉매의 연료전지 평가 결과/GRRC 제공
유원철, 이상욱 한양대학교 에리카(ERICA)캠퍼스 화학분자공학과 교수팀과 유성종 한국과학기술연구원(KIST) 박사 연구팀이 경기도 지역협력연구센터(GRRC)의 지원을 받아 백금계 산소환원반응 촉매를 대신할 수 있는 비백금계 전기화학촉매를 개발했다.
수소이온은 촉매를 통해 산소와 결합해 물을 생성하면서 전기에너지를 만든다.
수소연료전지의 촉매로는 성능이 뛰어난 백금이 주로 사용되지만 고비용이 항상 문제다.
공동 연구팀은 기존에 비백금계 촉매로 각광받던 철(Fe)과 질소(N)가 도핑된 탄소(FeNC) 촉매에 새롭게 실리콘(Si)을 공동 도핑 했다.
이렇게 해서 새로운 철(Fe), 실리콘(Si), 질소(N)가 공동 도핑된 탄소(FeSiNC) 단일원자 촉매를 합성했다.
금에 비해 저비용이면서 기존 촉매를 대신할 수 있음도 확인했다.
도핑은 어떤 물질이 가진 구조적 특성을 조절하기 위해 소량의 원소나 화학물질을 첨가하는 공정이다.
연구팀은 컴퓨터 시뮬레이션 연구를 수행하고 수치화해 우수한 산소환원반응 성능의 원인을 규명했다.
또 해당 전극을 사용해 연료전지 중 하나인 음이온 교환막 연료전지(anion exchange membrane fuel cell)를 제작하고, 성능을 테스트해 저비용 고효율 비백금계 촉매 상용화의 실험적인 토대를 확인했다.
연구팀은 “국가적으로 관심이 많은 수소에너지 활용 중 연료전지의 상용화에 큰 걸림돌이었던 값비싼 백금 기반 전기화학촉매를 대체할 수 있는 경제적이고 효율이 우수한 비백금계 촉매 개발의 발판을 마련했다”고 밝혔다.
이번 연구는 경기도 지역협력연구센터(GRRC) 사업 지원으로 이뤄졌다.
연구결과는 재료화학 분야 국제 저명 학술지인 ‘저널 오브 머터리얼즈 케미스트리 에이(Journal of Materials Chemistry A)’ 2월 21일자 최신호에 출판됐다.
한편 경기도 지역협력연구센터(GRRC) 사업은 연구개발 기반이 부족한 중소기업을 지원하기 위해 도내 대학, 연구소와 중소기업을 연결, 기술개발 활동을 지원하는 사업이다.
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