화학뉴스

국내 연구진이 금속나노소재로 수소 연료전지 성능을 높이는 기술을 개발했다.
한국과학기술원(KAIST) 신소재공학과 정우철, 김상욱 교수와 충남대학교 김현유 교수 공동 연구팀은 금속 나노소재를 이용해 수소에너지 기술의 핵심인 연료전지의 성능을 대폭 높일 수 있는 새로운 나노촉매기술을 개발했다.
해당 기술을 통해 연료전지 외에도 물 분해 수소생산 등 다양한 환경친화적 에너지 기술에 폭넓게 적용할 수 있을 것으로 기대된다.
10나노미터 이하 크기의 금속 나노입자는 극도로 적은 양으로 높은 촉매활성을 보일 수 있다는 가능성 때문에 최근 에너지 및 환경기술 분야에서 큰 관심을 받고 있다. 
그러나 신소재들은 가격이 매우 비싸고 높은 온도에서 입자들끼리 뭉치면서 촉매활성이 저하되는 고질적인 문제점이 지적됐으며 600℃ 이상의 높은 온도를 활용해 초고효율 발전 방식으로 주목받는 고체산화물 연료전지도 활용성 측면에서 회의적인 시각이 존재했다.
또 각 금속 입자의 촉매효율 향상 수치에 대한 정확한 연구결과가 없어 해당 분야 발전에 한계가 있었다. 
연구팀은 문제 해결을 위해 세계적으로 인정받는 블록공중합체 자기조립을 이용한 금속 나노패턴기술을 통해 산화물 연료전지 전극 표면에 10나노미터 크기의 균일한 금속 나노입자들을 균일하게 합성하는데 성공했고 하나의 입자가 갖는 촉매특성을 고온에서 정확히 분석해 연료전지의 성능을 극대화하는 기술을 개발했다. 
대표적 귀금속 촉매인 백금은 300나노그램(약 0.015원 가치)의 적은 양으로도 연료전지의 성능을 21배까지 높일 수 있음을 확인했다.
나아가 백금 외에 많이 활용되는 촉매인 팔라듐, 금, 코발트 등의 금속촉매 특성을 정량적으로 파악 및 비교했고 이론적 규명을 통해 촉매 성능이 향상되는 정확한 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 강조했다. 
이어서 “해당 기술은 금속촉매가 사용되는 다양한 산업 분야에 적용할 수 있는 높은 유연성을 가지고 있어 추후 연료전지, 물 분해 수소생산 장치 등 친환경 에너지기술 상용화에 크게 기여할 것”이라고 덧붙였다. 
연구는 한국연구재단 나노소재원천기술사업의 지원을 받아 수행됐고 국제 학술지 Nature Nanotechnology 2월18일자 온라인판에 게재됐다. (K)