광주과학기술원(GIST)은 20일 기존 백금 촉매보다 우수한 차세대 연료전지용 촉매를 개발했다고 밝혔다.
광주과학기술원 화학과 임현섭 교수와 한국에너지공과대학교(KENTECH) 홍종욱 교수 공동 연구팀은 서로 다른 결정상들이 함께 존재할 때 발생하는 시너지 효과에 주목해 고성능·고내구성 촉매 설계의 새로운 방향을 제시했다.
연구팀은 팔라듐과 셀레늄을 결합한 화합물인 팔라듐 셀레나이드(Pd-Se) 기반의 혼합상 나노구조체를 이용해 여러 결정상이 함께 존재하는 구조를 만들었다. 연구팀은 혼합상 구조가 전자 구조 상호작용을 통해 산소 환원반응 속도를 높이고 에너지 손실은 줄인다고 밝혔다.
섭씨 1000도에서 합성된 팔라듐 셀레나이드 촉매는 산소 환원반응의 반응 전압이 0.931V로, 상용화된 백금 기반 촉매보다 높아 동일 조건에서 산소가 더 적은 에너지로 환원될 수 있음을 입증했다. 내구성 테스트를 2만회 실시한 결과 역시 전압 변화가 7㎷에 그친 것으로 나타났다.
연구팀은 팔라듐이 산소 분자의 초기 흡착을 돕고 Pd17Se15이 반응 초기 중간체를 안정화해 반응이 끊기지 않도록 하며 Pd4Se는 후속 단계의 중간체를 안정적으로 흡착해 전체 반응 속도를 높이는 역할을 한다고 설명했다.
임현석 교수는 “고성능 연료전지, 메탈에어 배터리, 수전해 시스템 등 차세대 친환경 에너지 분야의 핵심 기술로 활용될 수 있는 가능성이 매우 큰 기술”이라고 설명했다.
한편 이번 연구는 국제학술지 ‘케미컬 엔지니어링 저널(Chemical Engineering Journal)’에 지난 4월 1일 온라인 게재됐다.
헬로티 이창현 기자 |
