수소자동차. [헤럴드경제DB] 박찬호 지스트 융합기술학제학부 교수.[지스트 제공]

[헤럴드경제=구본혁 기자] 광주과학기술원(지스트)은 융합기술학제학부 박찬호 교수 연구팀이 산성 조건에서 백금과 유사한 활성을 갖는 다기능성 비백금계 촉매를 개발했다고 22일 밝혔다. 이리듐-루테늄 합금 촉매는 연료전지 음극에 적용됐을 때 백금과 동일한 성능을 보이면서도 음극의 내구성을 크게 향상시켜 향후 백금을 대체할 수 있을 것으로 기대된다.

백금을 수소 산화 반응용 음극 촉매로 사용하는 기존 수소연료전지는 희소성과 높은 가격 뿐만 아니라 연료전지 내 물 범람, 반응 기체 공급 이상 등이 발생해 촉매의 안정성에 걸림돌로 작용해왔다.

특히 수소 결핍에 의해 음극의 역전압 현상이 발생할 경우, 높은 전압에 의해 탄소 담체의 부식이 진행되며 이는 촉매의 안정성을 크게 감소시킨다. 때문에 연료전지 음극에 산소 발생 반응 촉매를 첨가해 역전압 현상에 대한 내구성을 향상시키는 연구가 활발하게 진행되고 있다.

연구팀은 이리듐-루테늄 합금 비율을 최적화해 수소 산화 반응과 산소 발생 반응에서 모두 우수한 촉매를 개발했다. 또한 수소 연료가 부족한 상황에서 우수한 산소 발생 및 탄소 부식을 억제하여 음극의 역전압 내구성을 향상시켰다.

연구팀이 제작한 단위전지는 상용 백금 촉매와 유사한 성능을 구현했다. 수소 부족 현상을 이용한 음극 역전압 내구성 평가에서 10분 이하의 짧은 시간만 버티는 백금촉매 음극에 비해 175배 향상된 7시간 이상을 버티는 것을 확인했다.

박찬호 지스트 융합기술학제학부 교수.[지스트 제공]

박찬호 교수는 “이번 연구성과는 이리듐-루테늄 합금 촉매를 산성 조건에서 합성해 단위 전지에서 성능과 음극의 내구성을 확보한 것에 의의가 있다”면서 “향후 이리듐-루테늄 촉매의 산화 문제에 대한 해결책을 고민하여 내구성이 높게 요구되는 수소 전기 상용차에 적용될 수 있기를 기대한다”고 말했다.

이번 연구결과는 국제학술지 ‘Journal of Materials Science & Technology’에 6월 21일 온라인판에 게재됐다.

nbgkoo@heraldcorp.com