초강력 수소 생산 백금촉매 개발

 한국과학기술연구원(KIST) 수소·연료전지연구센터 김진영 박사와 물질구조제어연구센터 김종민 박사, 한국과학기술원(KAIST) 공동 연구팀이 도장 찍듯이 간단한 20nm급 초미세 인쇄 기술을 활용해 연료 전지 부식 문제의 원인인 탄소를 사용하지 않는 새로운 형태의 백금 나노 구조 전극을 개발했다.

수소를 연료로 이용해 전기 에너지를 생성하는 친환경 발전 장치인 수소 연료 전지는 핵심 구성 요소인 백금 촉매를 지지하기 위해 사용되는 탄소 입자가 쉽게 부식되어 수명이 길지 않다는 문제가 있다. 

부식된 연료 전지는 새로 교체가 필요한데, 교체 비용이 수백~수천만 원을 호가해 부담이 크다.

연구팀은 수소 연료 전지 수명에 치명적인 탄소 입자를 사용하지 않고도 안정적인 백금 촉매를 만들기 위해 도장을 찍듯이 간단한 인쇄 공장을 여러 번 반복해서 20nm급의 안정적인 형태의 백금 구조물을 적층하는 초미세 공정을 개발했다.

이 공정을 통해 개발한 전극은 철골 건축물과 닮아 구조물 사이에 넓은 통로가 있어 연료 전지 내부에서 산소, 수소, 물의 이동이 원활해졌고, 기존의 10분의 1 이하로 두께가 얇아질 수 있다. 

이로 인해 탄소 입자 없이 백금만으로 전극을 제작할 수 있게 되었다. 또 해당 전극을 사용할 경우 기존 상용 촉매 전극보다 내구성이 3배 이상 향상되었을 뿐만 아니라 연료 전지 출력 또한 27%가량 향상되는 결과를 얻었다.

이 연구 결과는 국제 과학 저널인 (Science Advances)에 실렸다.

출처: 뉴턴 2021.09