이미지 확대보기정우철, 김상욱 KAIST 신소재공학과 교수와 김현유 충남대학교 교수 공동 연구팀이 금속 나노소재를 이용해 수소에너지 기술의 핵심인 연료전지의 성능을 대폭 높일 수 있는 새 나노촉매기술을 개발했다. 사진은 금속나노입자의 고온 전기화학적 촉매 특성 정밀 평가를 위한 전극 구조의 모식도 (사진=KAIST)
[글로벌이코노믹 이수연 기자] KAIST가 정우철, 김상욱 신소재공학과 교수와 김현유 충남대학교 교수 공동연구팀이 금속 나노 소재를 이용해 연료전지의 성능을 대폭 높일 수 있는 새 나노촉매기술을 개발했다고 25일 밝혔다.
이 기술은 연료전지 외에도 물 분해 수소생산 등 다양한 친환경 에너지기술에 적용될 것으로 기대된다.
금속 나노입자는 아주 적은 양으로 높은 촉매 활성을 보일 수 있다는 가능성 때문에 최근 에너지 및 환경기술 분야에서 큰 관심을 받고 있다. 다만 가격이 매우 비싸고 높은 온도에서는 입자들끼리 뭉치면서 촉매 활성이 저하되는 고질적인 문제가 있었다. 또 각 금속 입자의 촉매 효율 향상 수치에 대한 정확한 연구결과가 없어 해당 분야 발전에는 한계가 있었다.
연구팀은 블록공중합체 자기조립을 이용한 금속 나노패턴기술을 통해 산화물 연료전지 전극 표면에 10나노미터 크기의 금속 나노입자들을 균일하게 합성하는 데 성공했다. 이를 통해 하나의 입자가 갖는 촉매 특성을 고온에서 정확히 분석, 연료전지의 성능을 극대화하는 기술을 개발했다.
이들은 귀금속 촉매인 백금의 경우 300나노그램(약 0.015원 가치)의 적은 양으로도 연료전지의 성능을 21배까지 높일 수 있음을 확인했다. 백금 외에도 팔라듐, 금, 코발트 등의 금속 촉매 특성을 정량적으로 파악했고 이론적 규명을 통해 촉매 성능이 향상되는 원리를 밝혔다.
정우철 교수는 “단순히 값비싼 촉매의 양을 늘리는 비효율적인 방법을 사용하던 기존 틀을 깨고 매우 적은 양의 나노입자를 이용해 고성능 연료전지를 개발할 수 있다는 명확한 아이디어를 제시한 의미 있는 결과”라고 말했다. 또 “해당 기술은 금속촉매가 사용되는 다양한 산업분야에 적용할 수 있는 높은 유연성을 가지고 있어 추후 연료전지, 물 분해 수소생산 장치 등 친환경 에너지기술 상용화에 크게 기여할 것으로 기대한다”고 덧붙였다.
최윤석, 차승근 KAIST 박사와 하현우 충남대 박사과정 학생이 1저자로 참여한 이 연구는 국제 학술지 ‘네이처 나노테크놀로지 (Nature Nanotechnology)’ 2월18일자 온라인판에 게재됐고, 3월호 표지로 선정됐다.
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