국내 연구진이 연료전지 성능을 향상시킬수 있는 촉매시스템 원리를 구명했다.
문봉진 광주과학기술원 물리·광과학과 교수팀은 연료전지의 핵심 원리인 산소환원반응이 촉매 물질에 따라 어떻게 달라지는지 구명했다고 24일 밝혔다. 이를 응용하면 보다 효율적인 새로운 촉매 시스템을 디자인해 기존 연료전지 성능을 향상시킬 수 있을 것으로 기대된다.
이번 연구는 문 교수가 주도하고 김용수 서울대 물리천문학부 박사(제1 저자), 한승우 서울대 재료공학부 교수(공동교신저자), 전상호 삼성디스플레이 박사(공동저자) 등이 공동 참여해 한국연구재단이 추진하는 일반연구자 지원사업으로 수행됐다.
연구 논문은 최근 물리·에너지 분야 국제 학술지인 `어드밴스트 에너지 머티리얼스(Advanced Energy Materials)`에 게재됐다.
연료전지의 촉매 물질로는 백금이 주로 사용된다. 하지만 성능이 가장 뛰어나다고 알려진 백금도 반응 속도를 더 증가시켜야 하는 과제가 남아 있을 뿐만 아니라 값비싼 백금 함량을 최대한 줄여야 실용화가 가능하다.
이에 따라 학계에서는 연료전지 분야 연구자들은 백금 함량을 낮추면서 산소환원반응 속도를 높이는 데 힘써 왔으나 지금까지는 이 메커니즘에 대한 원리와 전이금속의 역할 등은 구명하지 못하고 있었다.
연구팀은 자동차에 사용되고 있는 고분자 전해질막 연료전지에서 최첨단 각도 분해 광전자 분광법을 이용해 산소흡착 과정 중에 일어나는 백금-전이금속 합금의 표면 전자구조의 변화를 측정·분석해 전이금속의 역할과 산호환원반응과의 상관관계를 밝혀냈다.
문 교수는 “이번 연구는 백금층의 전자구조를 조절해 촉매반응속도를 조절할 수 있다는 것을 밝혀낸 것”이라며 “향후 다양한 방법으로 새로운 촉매시스템을 디자인하고 개발할 수 있는 새로운 가능성을 연 것으로 평가할 수 있다”고 말했다.
광주=서인주기자 sij@etnews.com