[투데이에너지 홍시현 기자] 국내 연구진이 연료전지에 사용되는 백금 촉매의 성능과 내구성 향상을 위해 박테리아가 만들어낸 나노셀룰로오스와 백금 나노입자, 다공성 그래핀이 층을 이룬 샌드위치 구조로 결합된 새로운 촉매구조를 개발했다.
한국에너지기술연구원(원장 김종남) 에너지소재연구실 김희연 박사 연구진은 바이오매스의 일종인 박테리아 셀룰로오스를 원료로 사용해 600℃ 이상의 비교적 낮은 온도에서 열처리하는 것만으로 표면적과 전기전도도가 우수한 탄소를 제조하는 기술을 개발했다.
개발된 탄화체 표면에 백금 나노입자를 담지하고 백금 입자 표면에 다공성 그래핀 보호막을 적용한 새로운 나노샌드위치 구조를 통해 기존의 상용 촉매에 비해 장기 안정성이 220% 이상 향상된 연료전지용 촉매 합성에 성공했다.
연구진이 개발한 나노샌드위치형 촉매는 박테리아 셀룰로오스 탄화체의 초박형 구조로 인해 초박막 전극의 제조에 유용하며 이 외에도 전기화학적 수소생산 등 다양한 전기화학반응에 효과적으로 적용할 수 있다. 또한 박테리아 셀룰로오스를 원료로 하는 다공성 나노탄소는 기존 탄소소재인 카본블랙, 활성탄소의 합성 공정보다 현저히 낮은 온도에서 합성이 용이하므로 기존의 탄소소재를 효과적으로 대체할 수 있을 것으로 기대한다.
연구책임자인 김희연 에너지소재연구실 책임연구원은 “2000년대 중반부터 천연 셀룰로오스 소재의 고부가 활용기술 개발을 통해 다양한 셀룰로오스 탄화체를 합성하고 이를 촉매 지지체 및 연료전지 전극 등에 활용하기 위한 기술을 연구해왔다”라며 “이번 연구는 바이오매스의 고부가 활용기술 및 반도체 공정 기반 촉매 제조기술을 접목해 시너지를 창출했다는 것에 또 다른 의미가 있다”고 강조했다.