카이스트, 10나노미터 이하 고성능 금속나노촉매 기술 개발


국내 연구진이 백금 0.0015원어치로 수소 연료전지의 성능을 21배 높일 수 있는 기술 개발에 성공했다. 이 기술은 연료전지 외에도 물 분해 수소생산 등 다양한 친환경 에너지 기술에 폭넓게 적용될 것으로 기대된다.

카이스트는 신소재공학과 정우철, 김상욱 교수와 충남대 김현유 교수 공동 연구팀이 금속 나노 소재를 이용해 수소에너지 기술의 핵심인 연료전지의 성능을 높일 수 있는 새 나노촉매기술을 개발했다고 25일 밝혔다. 이번 연구는 국제 학술지 ‘네이처 나노테크놀로지’ 2월18일자 온라인판에 게재됐고, 3월호 표지로 선정됐다.

10㎜ 이하 크기의 금속 나노입자는 적은 양으로 높은 촉매 활성을 보일 수 있어 최근 에너지 및 환경기술 분야에서 관심을 받고 있다. 그러나 신소재의 가격이 비싸고, 높은 온도에서 입자들끼리 뭉치면서 촉매 활성이 저하되는 고질적인 문제가 있다. 600도 이상의 높은 온도를 활용해 초고효율 발전 방식으로 주목받는 고체산화물 연료전지도 활용성 측면에선 회의적이다. 또 각 금속 입자의 촉매 효율 향상 수치에 대한 정확한 연구 결과가 없었다.

연구팀은 세계적으로 인정받는 블록공중합체 자기 조립을 이용한 금속 나노패턴기술을 통해 산화물 연료전지 전극 표면에 10나노미터 크기의 균일한 금속 나노입자들을 균일하게 합성하는데 성공했다. 이를 통해 하나의 입자가 갖는 촉매 특성을 고온에서 정확히 분석해 연료전지의 성능을 극대화하는 기술을 개발했다.

연구팀은 대표적 귀금속 촉매인 백금의 경우 300나노그램, 약 0.015원 어치의 적은 양으로도 연료전지의 성능을 21배까지 높일 수 있다는 사실을 확인했다. 백금 외에 많이 활용되는 촉매인 팔라듐, 금, 코발트 등의 금속 촉매 특성을 정량적으로 파악해 비교했고, 이론적 규명을 통해 촉매 성능이 향상되는 원리를 밝혔다.

정우철 교수는 “값비싼 촉매의 양을 늘리는 비효율적인 방법을 사용하던 기존 틀을 깨고 적은 양의 나노입자를 이용해 고성능 연료전지를 개발할 수 있는 아이디어를 제시했다”며 “금속촉매가 사용되는 다양한 산업 분야에 적용할 수 있어 추후 연료전지, 물 분해 수소생산 장치 등 친환경 에너지기술 상용화에 기여할 것으로 보인다”고 밝혔다.

 【서울=뉴시스】