힘 좋고 오래가는 수소연료전지 나온다

2015.12.07 18:00

 

성영은 기초과학연구원(IBS) 나노입자연구단 그룹리더 (서울대 화학생물공학부 교수) - 기초과학연구원(IBS) 제공
성영은 기초과학연구원(IBS) 나노입자연구단
그룹리더(서울대 화학생물공학부 교수)
- 기초과학연구원(IBS) 제공

국내 연구진이 수소연료전지의 성능을 10배 이상 높이고 수명까지 긴 촉매를 개발했다.

 

기초과학연구원(IBS) 나노입자연구단의 현택환 단장과 성영은 그룹리더(이상 서울대 화학생물공학부 교수) 팀은 수소연료전지의 발전효율과 안정성을 동시에 높이는 데 성공했다고 7일 밝혔다.

 

수소연료전지는 백금 촉매가 들어있는 탄소다공체 전극과 고분자 전해질로 구성된다. 연료인 수소는 음극 전극에서 수소이온이 되면서 전자를 내놓아 전류를 발생시킨다. 수소이온은 양극 전극으로 이동해 산소와 반응해 물을 만든다.

 

하지만 그동안 수소가 전자를 내놓는 반응보다 산소와 반응해 물을 만드는 반응의 효율이 낮아 수소연료전지 성능을 높이는데 한계가 있었다. 높은 열이 나오는 환경에서 전극에 들어있는 백금 촉매가 쉽게 변형돼 기능을 상실하기 때문이다.

 

연구팀은 백금입자 사이에 철 나노입자를 배열해 백금의 구성 비율을 절반으로 낮추는 방식으로  촉매 성능을 향상시키는데 성공했다. 또 백금-철 합금촉매의 표면에 ‘보호막’ 역할을 하는 얇은 탄소원자막을 입혀 철이 산화되는 것을 방지하고 촉매가 고열에서 쉽게 변형되지 않도록 했다.

 

이렇게 개발한 촉매를 수소연료전지에 적용한 결과, 기존보다 발전 성능이 10배 이상 뛰어난 것으로 나타났다. 또 기존 수소연료전지는 1만 회 가속 구동하면 한계수명에 이르렀지만 이번 촉매를 적용한 전지는 성능저하 없이 정상적으로 작동했다. 100시간 연속구동하는 실험에서도 성능 저하가 3.4%에 불과해 최대 30%까지 성능이 떨어지는 기존 전지에 비해 수명이 뛰어난 것으로 나타났다.

 

성 교수는 “이 기술을 적용하면 성능저하 없이 오래 쓸 수 있는 수소연료전지를 저렴하게 만들 수 있다”며 “수소연료전지 차량의 보급을 확대시키고 연료전지 기반 사업에도 획기적인 전환점이 될 것으로 기대한다”고 말했다.

 

연구결과는 미국화학회가 발행하는 ‘미국화학회지(Journal of the American Chemical Society)’ 4일 자에 실렸다.

 

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