국내 연구진이 수소연료전지 성능을 대폭 개선할 수 있는 비탄소계 소재 기술을 개발했다.
김진영 한국과학기술연구원(KIST) 수소연료전지연구단 박사팀은 비탄소계 촉매 담지체를 활용해 수소연료전지 성능과 안정성을 획기적으로 높일 수 있는 기술을 개발했다고 22일 밝혔다. 담지체는 촉매 반응성과 선택성 등을 향상시키는 물질이다.
수소연료전지는 저온에서 반응이 우수한 백금 나노촉매(2~5나노미터 크기)로 쓰인다. 연료전지용 백금 촉매는 촉매 반응을 향상시키는 탄소 담지체에 분포돼 있다. 기존 탄소 담지체는 반복 사용시 쉽게 부서져 연료전지 성능을 저하시켰다.
KIST 연구팀은 전기화학적 열화로 인해 담지체가 부서지는 문제를 해결하기 위해 탄소계가 아닌 비탄소계 소재에서 해답을 찾았다. 비탄소계 금속산화물 소재는 높은 전기 전도도와 전기화학적 처리에도 잘 부서지지 않는 우수한 내부식성을 보이는 것으로 알려져 있다.
비탄소계 금속산화물로 잘 알려진 주석산화물은 우수한 내부식성을 보인다. 다만 전기전도성이 낮아 다양한 원소를 첨가해 전기전도도를 높여야 했다. 또 장기 구동시 첨가한 원소가 전기화학적으로 용출되는 현상이 발생해 전기전도성이 감소하는 문제도 발생했다.
연구팀은 주석산화물에 다양한 양이온과 음이온 원소를 도핑하는 시험을 진행했다. 이 중 불소가 전기화학적으로 가장 안정되며 전기전도도도 우수한 최적 원소임을 밝혔다.
연구팀은 불소가 첨가된 주석산화물을 나노튜브 형태 담지체로 연료전지에 적용해 가속 수명시험을 했다. 그 결과 기존 탄소 담지체 연료전지는 최대출력밀도가 70%나 감소한 반면, 불소가 도핑된 주석산화물 담지체의 경우 최대출력밀도가 7%만 감소했다.
김진영 KIST 박사는 “기존 탄소계 담지체 소재의 내부식성 문제를 극복하기 위해 비탄소계 소재를 도입해 우수한 결과를 확인했다”면서 “우수한 성능의 불소 도핑 주석산화물은 향후 수소연료전지의 촉매 담지체뿐 아니라 수전해와 같이 촉매 담지체가 사용되기 어려운 분야에서 이를 대체할 수 있는 소재로 활용 가능하다”고 말했다.
최호 정책기자 snoop@etnews.com
