부산대(총장 최재원)는 이정우 재료공학부 교수팀이 수전해와 수소연료전지에 사용할 수 있는 새로운 촉매를 개발했다고 6일 밝혔다.
이 촉매는 비싼 백금에 저렴한 니켈을 섞은 나노 크기 입자를 그래핀에 결합한 것으로 기존 촉매보다 최대 3배 효율적이고 10시간 이상 성능을 유지했다.
이정우 교수팀은 백금 기반 합금의 정밀한 조성 변화를 연구하고, 격자 수축 제어와 나노합금 입자-그래핀 이종원소 결합으로 높은 전류 밀도를 갖는 이 같은 촉매를 개발했다.
수전해와 연료전지는 친환경으로 수소 및 수소 에너지를 생산 활용하는 기술이다. 하지만 아직까지 백금이나 비정질 탄소 재료인 백금·카본 블랙을 상용 촉매로 사용하고 있다. 백금의 비싼 가격과 적은 매장량, 카본 블랙의 낮은 수급 안정성으로 인해 대량 생산 및 상용화에 어려움을 겪고 있는 상태다.
이 교수팀은 백금 사용량을 저감하는 동시에 촉매의 활성과 내구성을 향상시키기 위한 연구를 진행했다.
그 결과 백금-니켈 합금이 수소 생산과 산소 환원에서 시너지를 일으켜 고효율 촉매 특성을 띤다는 점, 그래핀(Graphene)이 카본 블랙을 대체할 수 있는 촉매 지지체라는 점을 확인하고, 균일한 백금-니켈 나노합금 입자를 질소 도핑된 그래핀 표면에 담지하는 방식으로 새로운 촉매를 개발했다.
개발 촉매는 높은 촉매 활성도와 내구성을 지녔고 제조 공정 소요 시간과 비용도 절약할 수 있다.
이 교수팀은 개발 촉매를 아연-공기 이차전지에 적용해 기존 상용 백금 및 이리듐 촉매보다 약 2배 이상 높은 전력 밀도를 나타내고, 10시간 이상 충·방전에도 초기의 활성을 유지하는 것을 확인했다.
이정우 교수는 “빠르고 간단한 제작 공정과 더불어 백금 사용량을 줄이는 동시에 촉매 활성과 내구성은 향상시켰다”며 “차세대 에너지 생산 및 활용 소재로서 수소차, 수소버스 등 모빌리티나 발전시스템 등 다양한 분야에 적용할 수 있을 것”이라고 말했다.
해당 연구성과를 담은 논문은 과학저널 '에코맷 (EcoMat)' 12월 표지 논문으로 실렸다.
부산=임동식 기자 dslim@etnews.com
