수소연료전지 내에서 탄소기반 촉매의 내구성이 저하되는 원인이 활성산소임을 나타내는 그림
[대전=일요신문] 육군영 기자 = 수소자동차에 저비용 탄소기반 촉매를 적용할 수 있게 돼 친환경 수소자동차 대중화에 한걸음 다가섰다.
국내외에서는 수소자동차의 가격 경쟁력을 갖추기 위해 값비싼 백금 촉매를 저렴한 탄소기반 촉매로 대체하려는 연구가 다각적으로 이뤄지고 있다.
그 결과 성능면에서는 기존 백금 촉매에 견줄 만큼 발전됐으나, 100시간도 되지 않는 낮은 내구성으로 인해 상용화로 적용되지 못하고 있다.
광주과학기술원 최창혁 교수와 한국과학기술원 김형준 교수 공동연구팀이 수소연료전지 내에서 탄소기반 촉매의 내구성이 저하되는 원인이 활성산소임을 규명해 촉매의 안정성을 확보할 기반을 마련했다.
수소연료전지를 구동할 때 과산화수소가 생성돼 마치 소독제인 과산화수소를 상처에 발랐을 때처럼 과산화수소가 탄소기반 촉매에 노출되면서 활성산소에 의해 거품이 일어난다.
연구팀은 이 활성산소에 의해 촉매성능이 감소한 것을 확인했다.
또 탄소기반 촉매에서 활성산소에 의해 생긴 산소작용기를 제거하면 촉매 성능이 회복되는 것을 확인한 결과 촉매의 구조는 붕괴되지 않아, 활성산소를 제어하는 것만으로 성능을 80% 이상 회복할 수 있다는 것을 밝혀냈다.
최창혁 교수는 “이 연구는 탄소기반 촉매의 내구성에 대한 지난 수년간의 수수께끼를 풀어낸 것”이라고 설명하며 ”향후 활성산소 제어를 통해서 탄소기반 촉매의 성공적인 연료전지 자동차 도입을 연구할 계획“이라고 말했다.
이번 연구 성과는 환경과학 분야 최고 권위 학술지인 에너지 엔 인바이런멘탈 사이언스(Energy & Environmental Science)에 지난 4일 논문명 ‘Achilles’ heel of iron-based catalysts during oxygen reduction in acidic medium’으로 게재됐다.
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