값비싼 백금 촉매제 대체 가능 다공성 탄소 합성 촉매제 개발 전기화학 촉매분야 응용 기대
26일 포스텍에 따르면 화학공학과 이진우교수와 통합과정 이성규팀이 서로 다른 원소를 씌운 다공성 탄소를 합성해 연료전지 속에서 환원반응이 일어나는 환원극 속 촉매로 활용하는데 성공했다고 밝혔다.
세계적 화학지 안게반테 케미(Angewandte Chemie)지를 통해 발표된 이 연구결과는 기존 백금 촉매 가격의 10%밖에 안되지만 실제 성능은 백금과 거의 유사한 성능을 보였다는 점에서 관심이 집중되고 있다.
이들의 연구결과가 세계적인 관심을 얻게 된 것은 연료전지 촉매제로 사용돼 온 백금이 비싼 가격으로 인해 상용화에 어려움을 겪어 왔기 때문이다.
연료전지는 21세기들어 에너지 고갈과 화석에너지 환경공해를 해결할 대안으로 꼽혀 왔으나 자동차나 가정용·이동형 연료전지 등에 활용되는 고분자 전해질 연료전지에 들어가는 촉매가 값비싼 백금을 사용하고 있어 그동안 상용화가 쉽지 않았다.
그러나 포스텍 연구진이 개발한 탄소 촉매제는 백금 가격의 10%밖에 되지 않지만 성능은 백금 촉매제를 사용했을 때와 거의 유사한 성능을 갖춰 상용화 가능성을 열었다는 의미를 갖고 있다.
연구팀은 그동안 연구되지 않았던 비금속계 촉매를 연료전지 시스템에 적용하는 연구에 도전, 규칙적인 다공성 탄소를 블록공중합체의 자가조립현상을 이용해 합성한 다음 연료전지의 단위전지에 적용시켰다.
이 연구결과 상용 백금 촉매의 70%의 성능을 얻으면서 비금속계 촉매가 실제로 연료전지에 적용될 수 있다는 것을 밝혀내는 데 성공했다.
이와 함께 연구진은 서로다른 원소가 도핑된 탄소에서 이종원소의 위치를 조절하는 방법도 함께 개발해 위치에 따른 연료전지 성능의 영향도 처음으로 규명해 냈다.
이 성과는 연료전지 뿐 아니라 이산화탄소 환원 기술과 같은 다양한 전기화학 촉매 분야에 응용될 수 있을 것으로 기대를 모으고 있다.
한편 이 연구는 미래창조과학부와 한국연구재단이 추진하는 '중견연구자지원사업 (핵심)'과'일반연구자지원사업(모험)'의 지원으로 수행됐다.