수소연료전지와 금속-공기전지를 저렴한 비용으로 만들 수 있는 길이 열렸다.
UNIST(울산과기원, 총장 정무영) 에너지 및 화학공학부의 김건태·백종범 교수팀(이하 김 교수팀)은 수소연료전지나 금속-공기전지에 적용할 수 있는 ‘철-탄소 복합체 촉매’를 개발했다. 소량의 ‘철(Fe)’과 ‘그래핀 나노 플레이트(GnP)’를 이용해 만든 이 촉매는 값비싼 백금계 촉매를 대체할 저비용 고성능 촉매로 주목받고 있다.
현재 수소연료전지에 필수적으로 들어가는 촉매 재료는 1g당 8~9만 원 하는 백금이다.
반면 철과 그래핀을 사용한 이 촉매는 1g당 200~300원이면 제조 가능하다. 성능도 우수하다. 특히 리튬-공기전지 촉매로 뛰어난 성능을 나타냈다.
리튬-공기전지 촉매는 공기 중 산소 분자를 산소 원자로 환원시켜 리튬과 반응하도록 만드는 핵심 물질이다. 이 때 산소 환원 반응이 빠르게 일어날수록 전지 성능이 좋아진다.
김 교수팀이 개발한 촉매는 고가의 백금계 촉매와 유사한 전기화학적 성능을 보였고, 오래 사용할 때 안정성도 백금계 촉매보다 좋았다.
새 촉매는 기존 ‘볼 밀링 공정’과 ‘전기방시기법’을 이용해 제작 공정이 간단하고 대량생산이 가능하다.
김건태 교수는 “내구성 등 여러 성능이 우수하고 저비용 대량 생산이 가능해 금속-공기전지 및 연료전지 상용화를 앞당기고, 다양한 촉매 과학 발전에 기여할 수 있다”고 말했다.
이번 연구 성과는 ‘어드밴스드 사이언스’ 12월호에 실렸다. 연구는 산업통상자원부 한국산업기술평가관리원 ‘IT·R&D 사업’과 미래창조과학부 한국연구재단 ‘중견연구자지원사업’, ‘창의적연구진흥사업’ 지원으로 진행됐다.
울산=임동식기자 dslim@etnews.com
