KAIST, 백금 사용량 3분의 1로 줄인 수소연료전지 촉매 개발 카이스트 조은애 교수팀·인하대 함형철 교수팀 공동연구…“백금 줄이고 내구성 향상” 국내 연구진이 백금 사용량을 줄이면서도 내구성을 높인 수소연료전지 촉매를 개발했다. 카이스트(KAIST)는 7일 신소재공학과 조은애 교수 연구팀이 인하대학교 함형철 교수 연구팀과 공동연구를 통해 수소연료전지의 핵심 소재인 전극에 들어가는 백금의 사용량 저감에 성공하고, 내구성이 향상된 촉매 소재를 개발했다고 밝혔다. 수소차의 동력원으로 사용되는 양성자 교환막 연료전지(proton exchange membrane fuel cell, PEMFC)는 값비싼 백금 촉매 소재를 사용한다. 백금 사용량을 줄이면서도 안정적인 활성을 갖는 촉매를 개발하는 것이 업계의 과제다. 연료전지는 백금 사용량을 줄일 전략으로 비교적 저렴한 비귀금속과의 합금화를 주로 사용한다. 하지만 일반적인 합금 촉매는 비귀금속이 녹아 나와 연료전지를 손상시킬 우려가 있다.공동연구팀은 녹아 나와도 연료전지를 손상시키지 않는 아연을 촉매 개발에 이용했다. 백금과 비귀금속을 반응기 내부에서 동시에 환원시켜 제조하는 일반적인 방법 대신, 아연 단일원자 구조를 포함한 탄소 담지체를 먼저 제조한 후 원자 단위로 분산된 아연을 이용하는 방식을 적용했다. 연구팀은 동일한 백금 사용량을 기준으로 촉매의 성능을 비교한 결과 백금-아연 나노입자가 상용 백금 나노입자 촉매와 비교해 3배의 성능 향상을 보였고, 내구성도 2배 향상됐다고 설명했다.조은애 교수는 ‘저렴하고 매장량이 풍부한 아연을 활용해 백금 사용량을 기존 상용 촉매의 1/3 수준으로 줄일 수 있었으며, 내구성 또한 향상된 촉매를 개발할 수 있었다’라고 평가했다.

KAIST, 백금 사용량 3분의 1로 줄인 수소연료전지 촉매 개발

카이스트 조은애 교수팀·인하대 함형철 교수팀 공동연구…“백금 줄이고 내구성 향상”

기사입력 2025-02-08 14:15:32

[산업일보]
국내 연구진이 백금 사용량을 줄이면서도 내구성을 높인 수소연료전지 촉매를 개발했다.

카이스트(KAIST)는 7일 신소재공학과 조은애 교수 연구팀이 인하대학교 함형철 교수 연구팀과 공동연구를 통해 수소연료전지의 핵심 소재인 전극에 들어가는 백금의 사용량 저감에 성공하고, 내구성이 향상된 촉매 소재를 개발했다고 밝혔다.

수소차의 동력원으로 사용되는 양성자 교환막 연료전지(proton exchange membrane fuel cell, PEMFC)는 값비싼 백금 촉매 소재를 사용한다. 백금 사용량을 줄이면서도 안정적인 활성을 갖는 촉매를 개발하는 것이 업계의 과제다.

연료전지는 백금 사용량을 줄일 전략으로 비교적 저렴한 비귀금속과의 합금화를 주로 사용한다. 하지만 일반적인 합금 촉매는 비귀금속이 녹아 나와 연료전지를 손상시킬 우려가 있다.

공동연구팀은 녹아 나와도 연료전지를 손상시키지 않는 아연을 촉매 개발에 이용했다. 백금과 비귀금속을 반응기 내부에서 동시에 환원시켜 제조하는 일반적인 방법 대신, 아연 단일원자 구조를 포함한 탄소 담지체를 먼저 제조한 후 원자 단위로 분산된 아연을 이용하는 방식을 적용했다.

백금-아연 촉매 제작과정과 제작된 촉매의 투과전자현미경 이미지(카이스트 제공)

연구팀은 동일한 백금 사용량을 기준으로 촉매의 성능을 비교한 결과 백금-아연 나노입자가 상용 백금 나노입자 촉매와 비교해 3배의 성능 향상을 보였고, 내구성도 2배 향상됐다고 설명했다.

조은애 교수는 ‘저렴하고 매장량이 풍부한 아연을 활용해 백금 사용량을 기존 상용 촉매의 1/3 수준으로 줄일 수 있었으며, 내구성 또한 향상된 촉매를 개발할 수 있었다’라고 평가했다.