수소차의 심장, 연료전지 수명 늘린다
수소차의 심장, 연료전지 수명 늘린다
  • 박설민 기자
  • 승인 2019.08.07
  • 댓글 0
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백금촉매 나노캡슐화로 안정성 4배 향상
백금-아닐린 금속 착물을 탄소 나노섬유에 코팅하여 열처리해 백금 나노입자와 탄소 껍질을 동시에 형성했다.

[투데이에너지 박설민 기자] 국내 연구진이 수소전기차의 심장인 연료전지의 수명을 증가시킬 수 있는 단일 열처리공정을 개발했다.

한국연구재단(이사장 노정혜)은 권오중(인천대학교), 성영은(서울대학교), 임태호(숭실대학교) 교수 연구팀이 연료전지의 핵심요소인 백금촉매의 안정성을 크게 높일 수 있는 탄소나노캡슐화기술을 개발했다고 7일 밝혔다. 

그동안 연료전지가 전력을 생산하는 과정에서 산소의 환원을 돕는 백금은 용해되기 쉬워 연료전지의 수명을 늘이는 데 한계가 있었다. 이에 따라 화학적 안정성이 높은 탄소껍질로 귀금속인 백금 촉매를 둘러싸 내구성을 높이기 위한 연구가 활발하다. 

하지만 기존 탄소캡슐화기술은 촉매합성, 탄소전구체 코팅, 열처리공정 등 여러단계로 이뤄져 균일성이 떨어지고 대량생산에도 적합하지 않은 것이 단점이다.
 
연구팀은 백금 이온과 아닐린을 결합, 대량생산에 용이한 열처리 단일공정을 통해 약 1나노미터 두께의 탄소껍질로 둘러싸인 균일한 백금 나노촉매를 제작하는데 성공했다. 

연구팀은 아닐린이 백금이온과 항상 일정한 비율로 결합해 화합물을 형성하는 것에 착안해 백금촉매의 탄소나노캡슐화에 성공했다. 

백금 나노입자 하나하나를 탄소껍질로 감싸 백금입자가 녹아나오는 것을 막는 한편 산소는 드나들 수 있도록 해 촉매활성은 유지하면서 내구성을 높였다. 외부에서 산소의 출입은 원활하도록 하되 내부에서 백금이 빠져나가지 못하도록 함으로써 백금 입자의 손실을 억제한 것이다. 

탄소나노캡슐화기술을 적용한 촉매의 경우 기존 백금촉매보다 활성은 최대 2배, 안정성은 4배 이상 향상됐다. 또한 이를 적용한 연료전지는 3만회 구동에도 성능저하없는 높은 내구성을 기록했다. 반면 기존 백금촉매를 이용한 연료전지는 수천회 구동시 급격한 성능저하로 교체가 불가피했다. 

권오중 인천대학교 교수는 “나노촉매의 내구성을 향상시킬 수 있는 간단하고도 새로운 방법을 제시한 것으로 이번 연구에서 개발된 기술은 백금 외에도 다양한 물질에 적용가능하다”라며 “향후 연료전지 촉매 외에도 다양한 전기화학 응용분야에 본 기술을 적용할 수 있을 것”이라고 밝혔다.
 

한편 이번 연구는 교육부·한국연구재단 과학기술분야 이공학 개인기초연구지원사업(기본연구), 기초과학연구원(IBS) 및 현대자동차의 미래기술과제의 지원으로 수행됐다. 


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