연료전지 촉매, 백금과 금 중 누가 더 비쌀까요?

2015.05.19 18:00
한국과학기술연구원(KIST) 제공
한국과학기술연구원(KIST) 제공

국내 연구진이 기존 백금 촉매보다 안정적인 연료전지용 금 촉매를 개발하는 데 성공했다.

 

김상훈 한국과학기술연구원(KIST) 물질구조제어센터 선임연구원팀은 수소자동차 등에 쓰이는 연료전지에 필요한 촉매를 백금 대신 금으로 대체하는 기술을 새로 개발했다고 19일 밝혔다.

 

연료전지는 수소와 산소를 반응시켜 전기를 만들고 물만 남는 친환경 에너지 기술이다. 여기에는 수소와 산소의 화학반응을 촉진하는 촉매가 필요한데, 기존에는 백금을 사용했다. 하지만 백금은 가격이 비쌀 뿐만 아니라 수소 가스에 일부 섞여 있는 일산화탄소가 잘 달라붙어서 사용할수록 촉매로서의 기능이 떨어지는 단점이 있었다.

 

연구진은 백금을 대체하기 위해 금을 이용하는 방법을 고안했다. 금 나노입자 역시 백금 못지않게 촉매로서 성능이 뛰어나기 때문이다. 일반적으로는 금속산화물에 금 입자를 뿌려 촉매로 활용하는데, 연구진은 이 원리를 역으로 이용해 나노 구조를 갖는 금 박막에 이산화티타늄 입자를 뿌리는 방식을 택했다.

 

나노구조화된 금박막에 이산화티타늄 입자(분홍색)가 분산되어 있고, 그 표면에서 수소분자(파란색)가 산소분자(빨간색)와 반응해 물분자(왼쪽 상단)로 산화되는 과정을 그린 개념도. - 한국과학기술연구원(KIST) 제공
나노 구조로 이뤄진 금 박막에 이산화티타늄 입자(분홍색)가 분산돼 있고, 그 표면에서 수소 분자(파란색)가 산소 분자(빨간색)와 반응해 물 분자(왼쪽 상단)로 산화되는 과정을 그린 개념도. - 한국과학기술연구원(KIST) 제공

100nm(나노미터·1nm는 10억 분의 m) 두께의 얇은 금 박막을 만들고 그 위에 이산화티타늄 입자를 뿌렸더니 이산화티타늄 입자가 금 박막과 만나는 경계면에서 촉매 활성이 향상됐다.

 

특히 이산화티타늄 입자를 금 박막의 중량과 비교해 0.5% 수준으로 고르게 뿌려줬을 때 활성이 최대 5배 높아졌고 그보다 많이 뿌렸을 경우는 다시 활성이 떨어졌다. 

 

김 박사는 “현재는 백금보다 촉매로서의 성능이 떨어지지만 안정적으로 지속적인 성능을 나타내는 것이 장점”이라며 “촉매 효율을 개선하고 금과 다른 금속을 합금하는 방식을 개발하면 값싸고 효율적인 연료전지용 촉매를 만들 수 있을 것”이라고 말했다.

 

연구 결과는 국제학술지 ‘케미컬 커뮤니케이션스’ 11일자 온라인판에 게재됐다.

 

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