DGIST, 수소연료전지 성능 높이고 비용 낮출 신개념 전극 개발 성공

수소연료전지의 성능을 높이고 비용은 낮춰 대량 생산에 기여할 것으로 기대되는 기술이 개발됐다.
대구경북과학기술원(DGIST)은 수소연료전지에 사용되는 기존 백금 연료전지 촉매보다 안정적이고 높은 성능을 갖춘 신개념 전극 촉매 개발에 성공했다고 24일 밝혔다.
수소연료전지는 수소를 공기 중의 산소와 반응시켜 전기를 생산한다. 기존에는 이를 위해 백금이 전극 촉매로 많이 사용됐다. 다만 백금 촉매 연료전지 가격의 40%를 차지할 만큼 가격이 비싸고 안정성도 낮아 수소연료전지의 대량생산이 그동안 쉽지 않았다. 이 때문에 백금 함량을 낮추고 성능이 좋은 합금 소재 촉매를 찾기 위한 연구가 각국에서 진행돼 왔다. 일반적으로 백금과 합금화할 땐 니켈이나 코발트가 주로 사용되지만 높은 전압과 산성에 취약한 특성 때문에 안정성이 떨어지는 단점이 있었다.

백금-마그네슘 촉매와 상용 백금 촉매의 연료전지 안정성 평가 분석 그래프. [사진 제공 = DGIST]

유종성 DGIST 교수의 연구팀은 대지에 풍부하게 존재하는 알칼리성 토금속인 마그네슘에 주목했다. 마그네슘은 낮은 녹는점과 전자구조적 특성을 갖고 있기 때문이었다. 연구팀은 마그네슘 금속을 화학 반응에서 최종적으로 얻는 특정물질이 되기 전 단계의 물질인 전구체로 활용했다. 마그네슘 금속 파우더를 백금과 섞고 수소와 아르곤 혼합가스에서 650도의 고온 열처리를 진행해 백금-마그네슘 합금 촉매를 완성했다.
이후 연구팀은 개발한 백금-마그네슘 합금 촉매를 사용한 연료전지 반응의 전기화학적 분석을 진행했다. 분석 결과 합금 촉매의 발전 성능을 나타내는 단위질량당 활성도가 기존 백금 촉매에 비해 약 2.7배 향상된 것을 확인했다. 또 미국 에너지부 기준 연료전지 안정성 평가에서도 기존 백금 촉매보다 약 1.5배 더 안정적임을 알아냈다.
이번 연구를 주도한 유 교수는 "이번 연구는 값 비싼 백금 함량을 줄이면서 활성과 안정성을 개선한 값진 성과"라며 "촉매의 합성법 또한 간단해 수소 연료전지 대량생산에 기여할 수 있을 것이며, 후속 연구를 통해 안정적인 친환경 에너지 생산 환경을 조성하는데 앞장서겠다"고 포부를 드러냈다. 한편 이번 연구는 전기화학촉매 분야 국제 학술지 'ACS 에너지 레터스(ACS Energy Letters)'에 지난 4월 15일 게재됐다.
[이종화 기자]