연료전지 성능·비용 개선 기술 "국내 연구진 개발"

<연료전지>의 [성능]은 한층 높이면서도
[비용]은 줄일 수 있는 새로운 [촉매시스템] 기술이,
국내 연구진들에 의해 개발됐다.

신재생에너지 기술인 <연료전지>의 핵심 원리인
[산소환원반응]이,
촉매 물질에 따라 어떻게 달라지는지 규명하는 데 성공한 것이다.

이번 기술을 응용하면
보다 효율적인 새로운 촉매 시스템을 디자인할 수 있어
기존 <연료전지>의 성능을 향상시킬 수 있다는 게 연구진의 설명이다.

23일 지스트(GIST. 광주과학기술원)에 따르면
[물리·광과학과] <문봉진 교수>가 주도하고,
[서울대 물리천문학부] <김용수 박사>,
[서울대 재료공학부] <한승우 교수>,
[삼성디스플레이] <전상호 박사> 등이 공동으로 연구한 논문이
물리·에너지 분야 국제 학술지인인
[어드벤스 에너지 메트리얼(Advanced Energy Materials)[지에 소개됐다.

[산소환원반응]은
내부에서 사용된 전자와 수소,
그리고 외부에서 유입된 산소가 만나,
물로 빠져 나오는 과정을 뜻한다.

[산소환원반응]을 위한 촉매 물질로는
[백금(Pt)]이 주로 사용되는데,
성능이 가장 뛰어나다고 알려진 백금의
반응 속도를 더 증가시켜야 하는 과제가 남아 있다.

특히 값이 비싼 백금의 함량을 가능한 한 줄여야만
현실적인 실용화도 가능하다.

이를 위해 연료전지 분야 연구자들은
백금의 함량을 낮추면서 산소환원반응 속도를 높이는 데 힘써 왔다.

그 결과 이번 연구로
백금에 전이 금속을 넣은 합금에서
산소환원반응이 더 빠르게 일어난다는 것이 밝혀졌다.

이와 함께 연구팀은
자동차에 사용되고 있는 고분자 전해질막 연료전지에서,
최첨단 각도 분해 광전자 분광법을 이용해
산소흡착 과정 중에 일어나는
백금-전이금속 합금의 표면 전자구조의 변화를 측정하는 등
전이금속의 역할과 산호환원반응과의 상과관계도 규명했다.

백금-전이금속 합금의 표면은
백금 층으로만 구성된 특이한 구조를 가지고 있다.

백금 층의 아래에 위치하고 있는 전이 금속들은
표면 백금 층 내 전자구조의 변화를 유도한다.

이로 인해 산소 원자와의 결합에 관여하는,
백금 층의 표면 상태가 약해진다.

산소 원자는 순수 백금 위에서 보다 약하게 결합한 상태로 흡착되며
약한 결합상태로 인해 산소환원반응 역시 빨라지게 되는 것이다.

<광주과학기술원> 물리·광과학과 <문봉진> 교수의 설명이다.

"이번 연구는 백금 층의 전자구조를 조절해
[촉매반응속도]를 조절할 수 있다는 것을 밝혀낸 것이다.

향후 다양한 방법으로 새로운 촉매 시스템을 디자인하고
개발할 수 있는 새로운 가능성을 연 것으로 평가할 수 있다."