한국과학기술원(KAIST)은 신소재공학과 정우철·김상욱 교수 연구팀이 충남대 김현유 교수팀과 함께 수소 연료전지 성능을 높일 나노 촉매기술을 만들었다고 밝혔다.

10㎚ 이하 크기의 금속 나노입자는 아주 적은 양으로도 높은 촉매 활성을 보일 수 있다.

최근 에너지 분야에서 큰 관심을 받는 건 이런 이유에서다.

하지만 가격이 비싼 데다 높은 온도에서 입자끼리 뭉쳐 촉매 활성이 낮아지는 한계를 드러내고 있다.

▲ 오른쪽부터 KAIST 김상욱 석좌교수, 충남대 김현유 조교수, KAIST 정우철 KAIST 부교수, KAIST 최윤석 박사, 충남대 하현우 박사과정생

연구팀은 산화물 연료전지 전극 표면에 10㎚ 크기의 균일한 금속 나노입자를 균일하게 합성하는 데 성공했다.

블록 공중합체 자기조립을 이용한 금속 나노 패턴 기술을 적용했다.

2가지 이상의 고분자 사슬이 공유결합으로 이뤄진 블록 공중합체는 사슬들 사이에 상호 배척하는 성질 때문에 자발적인 상 분리 현상을 유도한다.

다양하게 규격화한 나노구조를 형성한다는 뜻이다.

▲ 10㎚ 크기 금속 나노입자(백금, 팔라듐, 코발트, 금)의 고온 전기화학적 촉매 특성 평가 결과

연구팀은 하나의 입자가 갖는 촉매 특성을 고온에서 정확히 분석해 연료전지 성능을 극대화하는 기술을 구현했다.

대표적 귀금속 촉매인 백금의 경우 300ng(약 0.015원) 정도로 연료전지 성능을 기존보다 21배까지 높일 수 있다고 연구팀은 설명했다.

팔라듐, 금, 코발트 등 금속 촉매 특성을 정량적으로 파악한 뒤 이론적으로 규명 살펴 촉매 성능이 향상하는 원리도 밝혔다.

26일 정우철 교수는 "단순히 값비싼 촉매의 양을 늘리는 비효율적인 방법을 사용하던 기존 틀을 깬 것"이라며 "연료전지나 물 분해 수소생산 장치 등 친환경 에너지 기술 상용화에 도움이 될 것으로 기대한다"고 말했다.

연구는 한국연구재단 나노소재원천기술사업 지원으로 수행했다.

KAIST 최윤석·차승근 박사, 충남대 하현우 박사과정 학생이 1 저자로 참여한 논문은 '네이처 나노 테크놀로지'(Nature Nanotechnology) 18일 자 온라인판에 실렸다.

오프라인 3월호 표지 논문으로도 선정됐다.

윤승훈 기자  press@jeonpa.co.kr

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