고려대, 차세대 연료전지용 초고성능 촉매 개발...수소차 성능 개선

[이데일리 김응열 기자] 고려대는 이광렬 화학과 교수 연구팀이 수소연료전지의 성능과 내구성을 동시에 높일 수 있는 차세대 합금 촉매 개발에 성공했다고 18일 밝혔다. 이번 연구는 유성종 한국과학기술연구원(KIST) 박사 연구팀, 이상욱 성균관대 교수 연구팀과 함께 진행했다.

(왼쪽부터)박예지 고려대&KIST 박사(제1저자), 김민수 고려대 석사(제1저자), 이상욱 성균관대 교수(교신저자), 유성종 KIST 박사(교신저자), 이광렬 고려대 교수(교신저자). (사진=고려대)

수소연료전지는 수소와 산소의 전기화학 반응으로 전기를 만드는 기술이다. 미래 수소경제를 이끌 친환경 기술로 주목받고 있다.

연료전지 음극에서 일어나는 산소환원반응(oxygen reduction reaction·ORR) 촉매는 성능과 내구성을 결정한다. 기존 백금(Pt) 기반 인터메탈릭(intermetallic) 촉매는 내구성이 뛰어나지만 전자 구조를 유연하게 조절하기 어려워 성능 최적화에 한계가 있다. 이런 탓에 실제 수소차 등 고부하 조건에서는 효율과 내구성을 동시에 만족시키기 어렵다.

연구팀은 이를 극복하기 위해 Pt-코발트(Co) 규칙 구조에서 Co 일부를 니켈(Ni)로 대체했다. 원자 배열의 질서를 유지하면서도 전자 구조와 표면 반응을 조절해 인터메탈릭 나노촉매를 합성하는데 성공했다.

이 촉매는 전기화학 성능 평가에서 상용 Pt/C 촉매보다 질량 활성이 10배 이상 높았고 15만회 이상 가속 내구성 시험 후에도 처음 성능의 96% 이상을 유지했다.

이광렬 교수는 “상용화 가능한 수준의 성능과 내구성을 동시에 확보한 만큼 차세대 수소 연료전지 기술 발전에 기여할 것”이라고 말했다.