나노구조 금 박막 고효율 연료전지 촉매 개발

KIST 연구팀 관련 기술 개발

▲나노구조의 금 박막으로 고효율 연료전지 촉매를 만드는 기술이 개발됐다.[사진제공=KIST]

[아시아경제 정종오 기자] 나노구조의 금 박막으로 고효율 연료전지 촉매가 개발됐다. 금은 매우 안정된 성질을 가지고 있는데 크기가 작아져 나노미터 (nm)가 되면 여러 화학반응에 대해 매우 높은 활성을 띄어 다른 촉매보다 반응이 커지는 뛰어난 성질을 나타낸다.

국내 연구팀이 금 나노입자와 비슷한 촉매활성을 보이면서도 지지체나 전극에 고정시키는 추가 공정이 필요 없는 나노구조의 금 박막을 개발했다. 이 재료는 기존 백금촉매와 다르게 일산화탄소 흡착에 의한 성능저하 문제가 발생하지 않아 저비용 고효율 연료전지 개발을 앞당길 수 있을 것으로 기대된다.

한국과학기술연구원(KIST, 원장 이병권)은 물질구조제어연구센터의 김상훈 박사와 기초과학연구원(IBS) 나노물질 및 화학반응 연구단 그룹리더 박정영 교수 연구팀(KAIST EEWS 대학원 교수)이 '연료전지 기본반응인 수소 산화 반응을 위해 나노구조화한 금 박막에 금속산화물 입자를 입혀 촉매 반응효율을 향상시키는 원리'를 규명했다고 발표했다.

연구팀은 100 nm 정도 두께의 얇은 막으로 나노구조화 된 금 박막을 개발했다. 나노 금 박막은 박막의 한쪽 끝을 장치에 연결시키면 바로 전극으로 사용할 수 있기 때문에 전극이나 촉매가 필요한 장치에 바로 쓸 수 있다. 또 기존 연료전지의 백금촉매에는 일산화탄소의 흡착이 매우 강해 흡착한 일산화탄소가 표면을 덮어버려 촉매성능이 급격히 낮아지는 일산화탄소 피독 문제가 있었다. 금은 이런 문제를 가지고 있지 않아 연료전지용 수소산화반응 촉매로서의 장점이 있는데 금 박막 자체의 촉매 성능이 그리 높지 않은 것이 문제였다.

연구팀은 이 문제를 해결하기 위해 금속산화물인 이산화티타늄 입자를 금 박막에 뿌렸다. 그 결과 이산화티타늄입자가 금 박막과 만나는 경계면에서 촉매활성이 최대 5배 높아졌다.

김상훈 KIST 박사는 "현재 촉매로 쓰이는 백금의 가격이 연료전지 가격에 미치는 영향이 매우 크다"며 "이번 연구로 백금 촉매를 대체할 수 있는 물질로 금의 가능성을 발견했고 복잡한 구조의 금 박막재료가 수소산화 반응에 어떻게 촉매로 작용하는지 원리를 밝혀 고효율의 연료전지를 개발하는데 기여할 것으로 기대된다"고 말했다. 제1저자는 한국과학기술원 Kamran Qadir 박사과정생이다.

정종오 기자 ikokid@asiae.co.kr