KIST(한국과학기술연구원·원장 이병권)는 유성종·함형철 연료전지연구센터 박사 연구팀이 기존 순수 이리듐에 비해 성능이 약 12배 이상 증가하고 안정성은 백금 수준 이상인 합금 촉매를 개발했다고 7일 밝혔다.

연료전지는 수소와 산소의 전기화학 반응에 의한 전기 에너지 발생 과정에서 물만 배출해 차세대 친환경 에너지원으로 각광받고 있다.

1960년대부터 우주발사체 전원 등에도 이용된 연료전지는 에너지 발생을 위한 촉매로 전기화학적 활성이 우수한 백금 기반 나노 입자를 사용하는 것이 일반적이었다.

일반적으로 고분자 전해질 연료전지에서는 에너지 발생의 핵심 역할을 하는 촉매로 전기화학적 활성이 우수한 백금 기반의 촉매를 사용해왔다. 하지만 비싼 가격과 소재 자체 안정성에 대한 단점이 있었다.

연구팀은 양자역학 계산을 통해 화학반응이 일어나는 촉매 표면을 안정성은 뛰어나지만 성능은 낮은 것으로 알려진 이리듐 원자 단층으로 만들고 그 아래에 크롬을 주입하면 효율이 높고 내구성이 뛰어난 촉매가 된다는 결과를 도출하고, 나노 촉매 합성 기술로 이를 제작했다.

이리듐-크롬 합금 촉매는 원자 단층으로 된 이리듐 표면과 그 아래 크롬 간 상호작용으로 촉매 성능은 백금과 동등한 수준이면서 내구성은 백금 촉매보다 향상됐다. 기존 이리듐 촉매보다는 12배 이상 향상된 성능을 보였다.

함형철 박사는 "이번 연구는 양자역학 계산으로 연료전지 촉매 소재의 활성과 내구성 향상 원리를 밝혀낸 것"이라며 "이를 토대로 신속하게 후보 물질의 탐색하고 원하는 촉매를 제작할 수 있음을 확인한 것"이라고 설명했다.

한편, 이번 연구결과는 촉매 분야의 국제 학술저널인 'Applied Catalysis B: Environmental'(IF : 9.446, JCR 상위 1.020%) 최신호에 온라인 게재됐다.