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[한국연구재단] (우수성과)탄소껍질로 비싼 귀금속 촉매 감싸는 단일공정 개발 |
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탄소껍질로 비싼 귀금속 촉매 감싸는 단일공정 개발 백금촉매의 나노캡슐화로 백금 내구성 4배 향상, 연료전지 수명 향상 기대 □ 국내 연구진이 수소전기차의 심장이라는 연료전지의 수명을 늘일 단일 열처리 공정을 개발했다. 연료전지의 수명을 좌우하는 비싼 백금 촉매를 탄소껍질로 둘러싸 수명을 4배 이상 늘인 것이다. ㅇ 한국연구재단(이사장 노정혜)은 권오중(인천대학교), 임태호(숭실대학교), 성영은(서울대학교) 교수 연구팀이 연료전지의 핵심요소인 백금촉매의 안정성을 크게 높일 수 있는 탄소 나노캡슐화 기술을 개발했다고 밝혔다. □ 연료전지가 전력을 생산하는 과정에서 산소의 환원을 돕는 백금은 용해되기 쉬워 연료전지*의 수명을 늘이는 데 한계가 있었다. 때문에 화학적 안정성이 높은 탄소 껍질로 귀금속인 백금 촉매를 둘러싸 내구성을 높이려는 연구가 활발하다. ※ 연료전지(fuel cell) : 석유 같은 화석연료 대신 수소 등의 연료와 산소를 반응시켜 전력을 생산하려는 친환경 발전시스템. 특히 수소는 물을 전기분해해 얻을 수 있어 주목받는다. 수소의 산화를 돕는 백금 촉매 등을 활용하는 것이 대표적이다. ㅇ 하지만 기존 탄소 캡슐화 기술은 촉매 합성, 탄소 전구체 코팅, 열처리 공정 등 여러 단계로 이뤄져 균일성이 떨어지고 대량생산에도 적합하지 않은 것이 단점이었다. □ 연구팀은 백금 이온과 아닐린을 결합, 대량생산에 용이한 열처리 단일공정을 통해 약 1나노미터 두께의 탄소껍질로 둘러싸인 균일한 백금 나노촉매를 제작하는 데 성공했다. ㅇ 기존 백금촉매보다 활성은 최대 2배, 안정성은 4배 이상 향상된 것으로 나타났고 이를 적용한 연료전지는 3만회 구동에도 성능 저하 없는 높은 내구성을 기록했다. 기존 백금촉매를 이용한 연료전지는 수 천회 구동시 급격한 성능저하로 교체가 불가피했다. □ 연구팀은 아닐린이 백금 이온과 항상 일정한 비율로 결합하여 화합물을 형성하는 것에 착안하여 백금 촉매의 탄소 나노캡슐화에 성공했다. 백금 나노입자 하나하나를 탄소껍질로 감싸 백금입자가 녹아 나오는 것을 막는 한편 산소는 드나들 수 있도록 하여 촉매활성은 유지하면서 내구성을 높인 것이다. ㅇ 외부에서 산소의 출입은 원활하도록 하되 내부에서 백금이 빠져나가지 못하도록 함으로써 백금 입자의 손실을 억제한 것이다. □ 권오중 교수는 “나노촉매의 내구성을 향상시킬 수 있는 간단하고도 새로운 방법을 제시한 것으로 이번 연구에서 개발된 기술은 백금 외에도 다양한 물질에 적용가능하다”며 “향후 연료전지 촉매 외에도 다양한 전기화학 응용분야에 본 기술을 적용할 수 있을 것”이라고 후속연구 계획을 밝혔다. ㅇ 교육부·한국연구재단 과학기술분야 이공학 개인기초연구지원사업(기본연구), 기초과학연구원(IBS) 및 현대자동차의 미래기술과제의 지원으로 수행된 이 성과는 에너지 분야 국제학술지 ‘에너지 앤 인바이런먼탈 사이언스(Energy & Environmental Science)’에 7월 31일 게재되었다. |
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| 원문보기 | View Original |
| 분류 | 국내 기술동향 |
| 출처 | 한국연구재단 |
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