g당 200원, 초저가 촉매 나온다

2015.12.14 18:00
김건태 교수(왼쪽 첫번째)와 백종범 교수(맨 앞)가 이끄는 국내 연구진이 값비싼 백금계 촉매를 대신할 초저가 촉매를 개발했다. - 울산과학기술원(UNIST) 제공
김건태 교수(왼쪽 첫번째)와 백종범 교수(맨 앞)가 이끄는 울산과학기술원(UNIST) 연구진이 값비싼 백금계 촉매를 대신할 초저가 촉매를 개발하는 데 성공했다. - 울산과학기술원(UNIST) 제공

국내 연구진이 g당 200~300원 수준의 초저가 연료전지용 촉매를 개발했다. 기존에 사용되던 값비싼 귀금속 촉매를 대체할 수 있어 연료전지 분야의 상용화를 앞당길 것으로 기대된다.

 

김건태·백종범 울산과학기술원(UNIST) 에너지 및 화학공학부 교수팀은 철과 그래핀을 활용해 금속-공기 전지에 쓰일 수 있는 촉매를 개발하는 데 성공했다고 14일 밝혔다.

 

에너지 밀도가 높은 금속-공기 전지는 전기자동차 등 대용량 에너지 저장 시스템에 사용될 차세대 에너지원으로 주목받고 있다. 산소 분자를 산소 원자로 빠르게 환원시킬수록 성능이 좋아지기 때문에 촉매가 필요하다. 하지만 지금까지 g당 8만~9만 원씩 하는 백금 등 비싼 금속을 촉매로 쓰는 바람에 상용화에 어려움이 있었다.

 

연구팀은 백금 촉매를 철과 그래핀으로 대체해 제조단가를 400분의 1 수준으로 대폭 낮추는 데 성공했다. 새로운 촉매는 백금 촉매를 만드는 기법을 그대로 사용하기 때문에 바로 대량생산이 가능하다.

 

먼저 흑연, 철, 질소를 금속 볼이 있는 공간에 넣고 고속으로 회전시키면 흑연이 깨지며 그래핀 기판이 만들어진다. 이때 함께 분쇄된 철과 질소의 분자도 그래핀 기판 표면에 도포된다. 연구팀은 이 복합체를 이용해 굵기가 나노미터(㎚·1㎚는 10억 분의 1m) 단위인 섬유 형태의 촉매를 만들었다.

 

이 촉매는 표면적이 넓어 산소 환원 능력이 뛰어났다. 산성 환경에서 성능이 감소하는 백금 촉매와 달리 산성에서도 안정적이었다. 오래 사용해도 백금계 촉매보다 성능이 안정적으로 나타났다.

 

김 교수는 “개발된 탄소복합체 촉매는 공정이 간단하고 대량생산이 가능하다는 측면이 가장 큰 장점”이라며 “금속-공기전지를 비롯한 연료 전지 분야의 상용화를 가속시킬 수 있을 것”이라고 말했다.

 

연구결과는 학술지 ‘어드밴스드 사이언스(Advanved Science)’ 12월호 표지논문으로 실렸다.

 

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