철(Fe),질소(N),실리콘(Si) 공동도핑한 백금 대용 값싼 촉매

경기도 지역협력연구센터(GRRC) 가운데 하나인 한양대 에리카(ERICA)캠퍼스에서 수소연료전지 상용화의 핵심인 고효율 저비용 비백금계 촉매 개발에 성공했다

5일 경기도에 따르면 한양대 에리카(ERICA)캠퍼스 유원철·이상욱 교수 팀은 한국과학기술연구원(KIST)의 유성종 박사 연구팀과 공동으로 수소에너지 전주기 핵심 소재 연구를 수행하던 중 백금계 산소환원반응 촉매를 대신할 수 있는 비백금계 전기화학촉매를 개발했다.

 

수소이온이 산소를 만나 물이 생성될 때 전기에너지가 만들어지는데, 이때 화학반응이 빨리 이뤄지게 돕는 촉매가 필수다. 수소연료전지의 촉매로는 성능이 뛰어난 백금이 압도적으로 많이 사용되지만 비용이 많이 든다는 점이 상용화에 큰 걸림돌이었다.

 

연구팀은 기존 비백금계 촉매로 각광받던 철(Fe)과 질소(N)가 도핑된 탄소(FeNC) 촉매에 새롭게 실리콘(Si)을 도핑해 지금까지 보고된 적이 없던 새로운 철(Fe), 실리콘(Si), 질소(N)가 공동 도핑된 탄소(FeSiNC) 단일원자 촉매를 합성했고, 저비용으로 기존 촉매를 대신할 수 있음을 확인했다. 도핑은 어떤 물질이 가진 구조적 특성을 조절하기 위해 소량의 원소나 화학물질을 첨가하는 공정을 말한다.

 

또 해당 연구에 대한 컴퓨터 시뮬레이션 연구를 통해 우수한 산소환원반응 성능의 원인을 규명한 뒤, 해당 전극을 사용해 연료전지 중 하나인 음이온 교환막 연료전지 제작 및 성능 테스트를 거쳐 저비용 고효율 비백금계 촉매 상용화의 실험적인 토대를 마련했다.

 

이번 연구결과는 재료화학 분야 국제 저명 학술지인 '저널 오브 머터리얼즈 케미스트리 에이(Journal of Materials Chemistry A)' 2월호에도 실렸다.

 

유원철·이상욱 교수팀은 "국가적으로 관심이 많은 수소에너지 활용 중 연료전지의 상용화에 큰 걸림돌이었던 값비싼 백금 기반 전기화학촉매를 대체할 수 있는 경제적이고 효율이 우수한 비백금계 촉매 개발에 새로운 도약의 발판을 마련했다"고 말했다.

 

한편, 경기도 지역협력연구센터(GRRC) 사업은 연구개발 기반이 부족한 중소기업을 지원하기 위해 경기도가 도내 대학, 연구소와 중소기업을 연결, 기술개발 활동을 지원하는 산·학 협력모델로 관련 산업의 기술 경쟁력 향상을 통한 지역경제 활성화를 목표로 하고 있다.

KPI뉴스 / 안경환 기자 jing@kpinews.kr

[ⓒ KPI뉴스. 무단전재-재배포 금지]