GIST(광주과학기술원·총장 김기선)는 이재영 Ertl 탄소비움연구센터 교수와 김형준 KAIST 교수 공동연구팀이 저가 비귀금속 산소환원반응 연료전지 촉매를 개발했다고 30일 밝혔다.

산소환원반응은 알칼리 연료전지에서 산소를 수산화 이온으로 환원하는 과정으로 연료전지 속도에 영향을 미친다. 현재 이 반응에 적합한 촉매로 백금이 꼽힌다. 그러나 백금의 가격이 비싸고 자원이 제한적이다.
공동연구팀은 가격 경쟁력이 높은 비귀금속 '철'을 주목했다. 연구팀은 여러 비귀금속(니켈·코발트·철·은)이 포함된 탄소나노섬유 촉매를 만들고 수용액에서 산소환원반응 성능을 비교했다. 그 결과, 촉매 성능은 비귀금속의 일함수에 의해 결정된다는 것이 밝혀졌다. 함수란 금속에서 전자를 떼는 데 필요한 최소 에너지다. 

연구 결과에 따르면, 비귀금속은 일함수가 낮아 탄소층에 전자를 많이 전달한다. 따라서 탄소층 표면에서 산소가 더 많이 발생한다. 여러 비귀금속 중 철을 탄소나노섬유 촉매에 사용했을 때 가장 높은 산소환원반응 성능이 나타난다고 확인됐다. 연구팀은 철 기반의 탄소나노섬유에 10%의 코발트를 넣어 가속내구성도 높였다.

이재영 교수는 "활성이 있는 것으로 보고된 철 기반 비귀금속 촉매의 내구성 문제를 실험과 계산화학으로 해결했다"며 "이번 결과가 알카라인 수소 기반 연료전지의 상용화를 앞당길 것으로 기대된다"고 말했다.

연구결과는 물리화학 분야 학술지 Journal of Physical Chemistry Letters 온라인판에 지난 22일 게재됐다. 논문명은 'Experimental and Density Functional Theory Corroborated Optimization of Durable Metal Embedded Carbon Nanofiber for Oxygen Electrocatalysis'다.