국내 연구진이 반도체 제조기술로 수소연료전지 촉매 성능을 개선했다.
한국과학기술연구원(KIST) 수소·연료전지연구센터 유성종 박사 연구팀은 반도체 제조 공정에 사용되는 금속박막 증착 기술인 스퍼터(Sputter) 공정을 이용해 물리적 방법으로 수소연료전지의 핵심 촉매인 금속나노입자를 합성하는데 성공했다.
금속나노입자는 대부분 복잡한 화학반응을 통해서 얻어지고 환경과 인체에 유해한 유기물을 사용해 처리 과정에서 추가 비용이 발생할 뿐만 아니라 합성 조건도 매우 까다로운 편으로 파악되고 있다.
반도체 제조 과정에서 금속 박막을 입히는 기술인 스퍼터 공정은 기체 이온이 금속 타깃에 충돌해 분리된 금속나노입자가 기판에 증착되고 점차 금속나노입자가 성장해 박막을 형성하는 것을 가리킨다.
연구팀은 스퍼터 공정에서 나노 입자화된 금속이 박막으로 변화하는 것을 막고자 특수기판(글루코스)을 사용해 나노 입자를 얻어냈고 백금-코발트-바나듐 합금 나노입자 촉매를 개발했으며 개발 촉매는 수소연료전지의 성능을 결정하는 주요 반응인 산소환원반응 촉매로 적용했다.
실험 결과 수소연료전지용 촉매로 사용되는 백금과 백금-코발트 합금 촉매보다 백금-코발트-바나듐 합금 나노입자가 각각 7배, 3배 높은 촉매 활성을 보이는 것으로 나타났다.
유성종 박사는 “금속나노입자가 필요한 모든 연구에 적용할 수 있는 신개념의 합성법을 개발해 수전해, 태양전지, 석유화학 등 분야에서 활용할 수 있게 됐다”고 강조했다.
이어 “그동안 구현하기 어려웠던 새로운 구조의 합금 나노입자를 수소연료전지를 비롯한 친환경 에너지 기술에 적용해 완전한 수소경제 안착과 탄소중립 기술 개발에 힘쓰겠다”고 강조했다.
연구 결과는 나노입자 분야 국제학술지 나노투데이(Nano Today) 최신호에 게재됐다. (K)