포스텍(총장 김무환)은 김용태 신소재공학과 교수, 박사과정 정상문 씨 연구팀이 자동차용 연료전지 내구성을 향상시킬 수 있는 기술을 개발했다고 8일 밝혔다.
연구팀은 백금과 수소 텅스텐 브론즈를 결합시킨 촉매(Pt/HxWO3)를 사용해 수소차가 시동을 정지할 때 발생하는 연료전지 부식 문제를 해결했다. 이 촉매는 수소 산화 반응은 촉진시키고, 산소 환원 반응은 선택적으로 억제하는 것으로 나타났다.
친환경 수소차 보급이 늘면서 연료전지 성능향상에 대한 연구도 활발하다. 하지만 자동차용 연료전지는 잦은 시동 정지로 한번 가동하면 멈추지 않는 발전용 연료전지와 비교해 성능 열화가 심각하다. 시동을 정지할 때, 애노드에 일시적으로 공기가 유입되면서 산소 환원 반응이 일어나고, 캐소드의 전위가 순간적으로 높게 치솟으며 캐소드 구성품 부식이 가속되기 때문이다.
연구팀은 자동차용 연료전지에서 일어나는 내구성 저하 문제 해결을 위해 주위 환경에 따라 선택적으로 물질 전도성을 변화시킬 수 있는 금속 부도체 상전이 현상에 주목했다.
전기변색 소재로 활용할 수 있는 텅스텐 산화물(WO3)의 금속절연체전이(MIT) 현상을 활용하면 정상적으로 운행하면 프로톤의 삽입에 의해 H-WO3(도체) 상을 유지하면서 전극반응을 일으키는 반면, 시동 정지를 할 때는 공기가 섞여 흡입돼 산소 분압이 높아질 경우 부도체(WO3)로 전이해 전극반응을 정지시킴으로써 캐소드 부식 문제를 해결했다.
김용태 교수는 “이번 연구를 통해 자동차용 연료전지의 장시간 내구성을 획기적으로 향상시켰다”며 “수소차 상용화 가능성을 한층 높일 수 있을 것”이라고 말했다.
과학기술정보통신부 미래소재디스커버리사업, 수소에너지혁신기술개발사업 지원으로 수행된 이번 연구결과는 네이처 자매지 '네이처 캐탈리시스'에 소개됐다.
포항=정재훈기자 jhoon@etnews.com
