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'1억' 수소車 가격 확 내릴 물분해 촉매물질 개발

(서울=뉴스1) 김현아 기자 | 2014-05-14 03:12 송고



망간포스페이트 나노구조체의 전자현미경 사진(미래창조과학부 제공). © News1

1대당 1억5000만원을 호가하는 수소 자동차의 가격을 획기적으로 낮출 수 있는 기술이 국내 연구진에 의해 개발됐다.


남기태 서울대학교 재료공학부 교수, 한승우 교수와 김선희 기초과학지원연구원 박사 등 연구팀은 미래창조과학부 글로벌프론티어사업의 하나인 멀티스케일에너지시스템 연구단의 지원을 받아 물 전기분해용 촉매인 '망간포스페이트'를 개발했다고 14일 밝혔다.


수소 에너지는 화석 연료 고갈로 인한 에너지 위기 시대에 각광받는 대체에너지다. 하지만 수소 생산 과정에서 촉매물질로 이용되는 희소 금속 백금(Pt)의 가격이 매우 비싸고 제조과정도 까다로워 상용화의 걸림돌이 돼 왔다.


연구팀은 자연계에 존재하는 망간 클러스터의 촉매 특성이 기존의 희소 금속 촉매보다 뛰어난 데에 주목해 이를 모방한 인공 물 분해 촉매를 디자인했다. 이를 통해 세계 최초로 망간포스페이트 합성에 성공했다. 또 합성된 망간포스페이트의 구조를 확인하고 촉매의 우수성을 규명했다.


상온에서 망간 양이온과 포스페이트 음이온을 정량율에 맞춰 혼합하고 30분에서 24시간 정도 상온에서 합성을 진행하면 망간포스페이트 화합물이 만들어진다. 연구팀은 전기 화학 특성을 평가하기 위해 전극을 합성 용액에 담궈 놓은 결과 기판 위에 망간포스페이트 화합물이 자가 조립돼 꽃모양으로 형성됨을 확인했다.


합성된 망간포스페이트 촉매물질이 물 분해 반응을 일으킬 때에는 망간 금속 이온의 산화가 수가 바뀌는 산화-환원 반응이 일어난다. 연구팀은 제 1 원리 전산모사 방법을 통해 실제 망간포스페이트를 통한 물 분해 반응이 기존 망간 기반 촉매보다 월등히 우수함을 확인했다.


망간포스페이트 화합물은 지구상에 가장 풍부하게 존재하는 금속 중 하나인 망간을 기반으로 해 세계에서 가장 값싼 촉매로 평가된다. 망간 금속의 경우 가격의 kg당 2달러에 불과한데다 망간포스페이트의 합성조건이 상온의 경우 30분밖에 걸리지 않아 가격경쟁력이 우수하다.


연구팀은 "물 전기분해·연료전지·이차전지 등 광범위한 분야에 이번에 개발된 망간포스페이트가 응용될 것으로 기대한다"며 "특히 일상생활과 산업 전반에 다양하게 존재하는 전자소재 및 전기화학반응의 촉매로서 응용·적용하는 연구 개발이 활발할 것으로 보인다"고 밝혔다.


이번 연구성과는 화학분야의 국제학술지인 미국 화학학회지(Journal of the American Chemical Society) 4월23일자 온라인판에 게재됐다.





hyun@news1.kr


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