GIST 연구팀, 수소연료전지 상용화 앞당길 원천기술 확보
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GIST 연구팀, 수소연료전지 상용화 앞당길 원천기술 확보
  • 황민승 기자
  • 승인 2021.04.20 13:32
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백금 촉매 대체할 단원자 철 기반 촉매의 성능 진단기술 개발

 

광주과학기술원(지스트, GIST) 연구팀이 수소연료전지의 상용화를 앞당길 수 있는 원천기술 개발에 성공했다.

지스트는 신소재공학부 최창혁 교수 팀이 수소연료전지용 비귀금속계 촉매의 성능평가를 위한 원천기술을 확보했다고 20일 밝혔다.

수소연료전지에는 수소와 산소의 반응을 돕는 촉매가 필요하다. 기존 수소연료전지는 주로 귀금속인 백금을 촉매로 사용했지만 희소성과 높은 가격이 상용화에 큰 걸림돌로 작용했다. 이에 세계 각국에서 백금을 대체할 저렴한 촉매 연구가 활발히 진행되고 있다.

그중에서도 철, 질소, 탄소로 구성된 단원자 철 기반의 촉매가 효율적인 산소환원반응 촉매로 주목받고 있다. 하지만 단원자 촉매의 성능 진단기술 부재로 촉매 성능의 주요 결정인자인 활성점 밀도와 전환빈도 파악에 어려움을 겪고 있다.

단원자 철 촉매의 활성점과 사이안화 이온의 비가역적 흡착을 이용한 촉매의 성능결정인자 도출 방법 모식도 [이미지=GIST]
단원자 철 촉매의 활성점과 사이안화 이온의 비가역적 흡착을 이용한 촉매의 성능결정인자 도출 방법 모식도 [이미지=GIST]

연구팀은 이번에 철 기반 단원자 촉매에 사이안화 이온(CN-)이 비가역적으로 흡착할 수 있다는 점에 착안, 촉매 성능 결정인자인 활성점 밀도 및 전환빈도를 측정하는 기술을 고안했다.

특수하게 고안된 반응기를 이용해 철 기반의 단원자 촉매에 사이안화 이온을 비가역적으로 흡착한 뒤 흡착된 사이안화 이온의 양을 자외-가시선(UV-Vis) 분광법으로 정량화했다. 동시에 사이안화 이온을 비가역적으로 흡착한 촉매의 산소환원 반응성 감소량을 측정했다. 이를 통해 촉매의 활성점 밀도와 전환빈도를 성공적으로 도출할 수 있었다.

연구팀은 여기서 더 나아가 다른 전이금속, 귀금속 기반의 단원자 촉매와 상용으로 널리 이용되는 백금 촉매의 성능 결정인자를 도출함으로써 개발한 진단기술의 범용성을 입증했다.

최창혁 교수는 “상용화에 근접해 있는 철 기반 단원자 촉매의 성능평가 원천기술을 확보했다는데 큰 의미가 있다”면서, “추후 해당 기술을 활용해 고활성을 가지는 산소환원 촉매 개발을 통해 미래 수소 경제 활성화에 기여할 수 있기를 기대한다”고 말했다.

이번 연구성과는 미국 화학회(ACS)가 발행하는 국제학술지 ‘오픈어세스 미국화학회지(JACS Au)’ 4월 13일자 온라인판에 게재됐다.



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