GIST(광주과학기술원) 물리·광과학과 문봉진 교수팀이 연료전지의 핵심원리인 산소환원반응의 촉매에 따른 변화를 밝혀냈다.
산화환원반응은 외부에서 유입된 산소, 수소, 전자가 만나 물이 돼 나오는 친환경 배출과정으로 연료전지의 핵심 촉매반응이다.
핵심원리 규명으로 현재보다 효율적인 촉매 시스템을 만들어 기존 연료전지의 성능을 향상시킬 수 있을 것으로 기대되고 있다.
산소환원반응의 촉매로는 촉매 중에서 성능이 가장 뛰어나다고 알려진 백금이 채용되고 있다.
그러나 연료전지 연구원들은 백금의 느린 산화환원 반응속도와 비싼 가격으로 인한 문제를 해결하기 위해 백금의 함량을 낮추면서 산소환원반응 속도를 높여 현실적인 실용화가 가능하도록 노력해왔다.
백금-전이금속 합금의 표면은 백금 층으로만 구성된 특이한 구조로 백금 층의 아래에 있는 전이금속들이 표면 백금 층 내에서 전자구조의 변화를 유도해 산소 원자와의 결합에 관여하는 백금 층의 표면 상태가 약해진다.
연구팀은 산소 원자는 순수 백금 위에서 보다 약하게 결합한 상태로 흡착되고 약한 결합상태 때문에 산소환원반응 역시 빨라진다는 점을 확인했다.
문봉진 교수는 “백금 층의 전자구조를 조절해 촉매반응속도를 조절할 수 있다는 것을 밝혀냈다”며 “앞으로 다양한 방법을 동원해 새로운 촉매 시스템을 디자인하고 개발할 수 있는 가능성을 열었다”고 강조했다.