KIST, 알카라인 연료전지용 저가형 촉매 개발

국내 연구진이 알칼라인 연료전지에 사용되는 고가의 백금 촉매를 대체할 수 있는 저가형 촉매 개발에 성공 주목을 받고 있다.

한국과학기술연구원(원장 이병권, 이하 KIST) 수소·연료전지연구단 유성종 박사팀은 지난 11월 26일 경희대학교 김진수 교수와의 공동연구를 통해 금속유기골격체(Metal Organic Frameworks)를 활용한 촉매를 개발했다고 밝혔다.

연료전지는 수소와 산소의 전기화학 반응으로 전기를 생산하며 이산화탄소나 질소산화물 등 공해물질의 배출 없이 물만 배출하는 친환경 발전장치이다. 하지만 연료전지에서 일어나는 반응(산소환원반응)이 느린 속도로 일어나기에 이 속도를 빠르게 하는 역할을 하는 촉매는 연료전지의 발전 효율을 증가시킬 수 있는 핵심이다. 때문에 성능을 올리기 위해서는 촉매의 역할이 굉장히 중요한데 그동안 주로 백금계열 촉매가 사용돼 왔다.

하지만 귀금속인 백금계열 촉매는 가격이 비싸고 특정 지역에서만 생산된다는 한계점을 갖고 있다. 백금 소재를 대체하고자 금속이나 질소가 첨가된 탄소계 촉매에 관한 연구들이 활발하게 진행 중이지만 현재까지 개발된 탄소계 소재의 촉매들은 우수한 효율을 보임과 동시에 그 원리를 정확히 알지 못한다는 문제점 등이 있어 실제 알칼라인 연료전지를 구동할 수는 없었다.

이에 KIST 연구진은 백금을 대체할 촉매로 차세대 촉매로서 꾸준히 보고됐지만 낮은 생산 수율과 후처리 공정 문제 등 상용화에 어려움을 겪고 있는 금속유기골격체(Metal Organic Frameworks)를 활용했다.

KIST-경희대학교 공동연구진은 스프레이 열분해법을 통해 코발트 및 질소가 도핑된 MOF계 촉매를 개발했다. 스프레이 열분해법은 연속적인 공정으로 대량생산이 가능하고 공업용 가습기를 이용해 입자를 만들기 때문에 필요한 구조의 입자를 쉽게 제조할 수 있었다는 것이 연구진의 설명이다. 또한 개발된 촉매는 상용 백금 촉매보다 40% 성능이 향상된 것으로 밝혀졌다.

KIST 유성종 박사는 “이번 연구는 스프레이 열분해법의 도입으로 MOF계열 촉매의 성능 향상뿐만 아니라 MOF재료의 대량생산의 가능성을 가지고 있어 연료전지 산소환원반응 촉매 분야 및 흡착제, 배터리 분야 등 다양한 분야에 응용될 수 있을 것으로 기대한다”고 밝혔다.