백금 나노구조 전극 촉매/KIST 제공
한국과학기술연구원(KIST) 김진영·김종민 박사와 한국과학기술원(KAIST) 정연식 교수 공동연구팀이 수소연료전지의 수명을 3배 늘릴 수 있는 기술을 개발했다.
부식의 원인인 탄소를 전혀 쓰지 않고 초미세 인쇄공정으로 구현한 백금 나노구조 전극 촉매를 이용했다.
이번 성과가 상용화될 경우 연료전지 수명이 길어져 수백만~수천만 원의 교체 비용을 절감할 수 있을 것으로 전망된다.
또 센서, 배터리 등 다양한 전기화학 응용 분야에서의 활용도 기대되고 있다.
연료전지의 촉매로 백금을 사용하지만 나노미터 크기일 때 서로 달라붙는 성질로 인해 안정적이지 못해 2~5나노미터(㎚) 크기의 백금 나노입자를 탄소 입자 위에 붙여 안정화시킨다.
또 안정성 확보를 위해 탄소입자를 함께 사용하지만 연료전지를 구동하는 과정에서 부식되면서 소실된다.
이로 인해 성능이 떨어져 연료전지 수명을 단축한다.
연구팀은 탄소 입자를 사용하지 않고도 안정적인 백금 촉매를 만들기 위해 도장을 찍듯이 간단한 인쇄를 여러 번 반복해 20㎚급의 안정적인 백금 구조물을 적층하는 초미세 공정을 개발했다.
개발된 백금 촉매는 구조물 사이에 넓은 통로가 있어 연료전지 내부에서 산소나 수소, 물의 이동이 원활하고 두께 역시 기존의 10분의 1 이하로 얇아지게 된다.
현재 촉매보다 내구성이 3배 이상 향상되고 연료전지 출력도 약 27%나 높아졌다.
연구팀은 “초미세 인쇄기술로 개발한 촉매는 전극의 내구성 및 성능을 획기적으로 향상시켜 수소연료전지의 경제성을 확보할 수 있다”고 설명했다.
이번 연구는 국제 과학 저널인 ‘Science Advances’ 최신 호에 게재됐다.
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