KAIST 신소재공학과, 수소연료전지 수명 획기적 연장 기술개발

(대전=뉴스1) 김태진 기자 = 국내 연구진이 약 62% 전류밀도를 유지시켜 수소연료전지 수명을 획기적으로 연장시키는데 성공했다.

한국과학기술원(KAIST)은 신소재공학과 정연식·조은애 교수 연구팀이 수소전기차의 핵심부품인 연료전지 장치에 활용될 수 있는 고내구성 촉매소재를 개발했다고 4일 밝혔다.

연구팀이 개발한 촉매는 실제 구동환경에서 수천 시간에 맞먹는 강도의 2만 사이클 내구성 평가를 거친 후에도 초기 성능에 가까운 수준을 유지할 만큼 높은 내구성을 갖추고 있어 기존 연료전지에서 가장 큰 걸림돌로 지적됐던 수명 문제를 해결했다.

연구팀은 ‘3차원 자이로이드 나노구조체 기반 촉매 플랫폼’을 개발하고 자기조립 특성이 있는 고분자를 활용해 3차원 자이로이드를 합성한 후 백금입자를 강한 결합으로 탑재해 연료전지 구동 시에도 백금 입자의 이동을 원천 차단했다.

또 자이로이드 내부에 증기압을 발생시켜 자이로이드 내부 공간까지 비움으로써 전해질이 더 원활하게 출입할 수 있도록 했다.

이를 통해 내부가 차 있는 일반 자이로이드 구조체 대비 약 3.6배 넓은 촉매 표면적을 확보하고, 자기조립 고분자에 자체 포함된 피리딘을 이용한 질소 도핑을 통해 우수한 전기전도성, 촉매 활성도 및 내구성 역시 확보할 수 있었다.

특히 실제 연료전지 구동 환경과 유사한 환경에서 2만 사이클의 고강도 내구성 평가 이후 상용 촉매 대비 약 62% 이상의 출력 밀도 향상을 보였다.

정연식 교수는 “이번 연구는 정밀한 고분자 자기조립 제어 기술을 기반으로 기계적, 화학적으로 견고하고 물질 전달 능력이 탁월한 신규 지지체 소재를 설계해 촉매의 수명과 활성도를 획기적으로 개선할 수 있음을 입증한 성과”라며 “이 기술은 차세대 에너지 전환 기술에 있어 귀금속 촉매 지지체 소재 개발 방향성을 제시하는 중요한 역할을 할 것으로 기대된다”고 말했다.

KAIST 신소재공학과 최성수 양현우 박사과정 학생, 이건호 박사 등이 공동 제1 저자로 참여한 이번 연구의 성과는 국제학술지 ‘어드밴스드 머티리얼즈' 온라인에 지난 11월21일 게재됐다.

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