화학뉴스

국내 연구진이 일체형 재생 연료전지(URFC)용 고성능 양기능성 촉매 기술을 개발했다.
한국과학기술연구원(KIST) 청정에너지연구센터 오형석·이웅희 박사팀은 포항공대(포스텍)·연세대와 공동 연구를 통해 산소 환원·발생반응을 촉진하는 8면체 구조 양기능성 백금-니켈 합금을 이용해 양기능성 촉매의 성능과 경제성을 크게 개선하는데 성공했다.
양기능성 촉매는 물을 분해해 수소와 산소를 생산할 때 양쪽 전극에 별개 촉매를 사용하는 기존 전기화학 시스템과 달리 촉매 하나로 수소와 산소를 모두 생산할 수 있어 촉매 생산 비용을 절감할 수 있고 경제성도 우수하다.
양기능성 촉매를 이용한 URFC는 수전해로 생산한 수소로 전기를 만들고 다시 물이 생성되는 과정이 반복돼 수소 공급이 어려운 고립지역이나 잠수함, 우주선 등에 사용이 기대되고 있다.
다만, 고가의 백금(Pt)과 이리듐(Ir)을 사용하기 때문에 비용이 많이 들고 수전해 후 백금 등 물질의 구조변화로 반응 성능이 낮아지는 문제가 있어 양기능성 촉매 상용화를 위해서는 장기간 촉매 구조를 유지할 수 있는 가역-내구성 확보가 중요하다.
연구팀은 양기능성 촉매의 가역-내구성을 높이기 위해 산소 환원반응과 발생 반응에서 높은 성능을 보이는 백금과 니켈을 섞어 다양한 구조의 합금 촉매를 합성한 결과 8면체 구조에서 성능이 가장 우수함을 확인했다.
백금, 니켈 단일 촉매 대비 산소 환원반응과 발생 반응 성능이 2배 이상 높은 것으로 나타났다.
아울러 반응에 반복적으로 사용되는 과정에서 백금 산화물이 형성되면서 성능이 떨어지는 사실을 확인하고 백금 산화물에 전기를 가해 다시 백금 상태로 환원시키는 구조복구 방법을 개발해 수소 생산 과정과 전기 생산 과정 10차례 반복에도 안정적인 성능을 유지하는데 성공했다.
오형석 박사는 “촉매의 가역-내구성 향상 기술은 전기화학적 에너지 전환 시스템에 중요한 양기능성 촉매 개발에 새 방향성을 제시한 것”이라며 “앞으로 URFC와 같은 전기화학 시스템의 상용화 및 탄소중립을 앞당기는데 이바지할 것”이라고 강조했다. (윤)