국내 연구진이 차세대 수소연료전지의 생산 가격을 크게 떨어뜨릴 수 있는 기술을 개발했다. 차세대 수소연료전지로 평가받는 음이온 교환막 연료전지 전극에 쓰이는 백금보다 가격은 저렴하고 성능은 우수한 대체 소재를 개발해 상용화를 앞당길 수 있을 것으로 기대를 모은다.
조은애 한국과학기술원(KAIST) 신소재공학과 교수가 이끄는 연구진은 백금을 대체할 수 있는 저렴하지만 고성능을 가진 전극 소재를 개발하는 데 성공했다고 11일 밝혔다.
KAIST 연구진은 차세대 연료전지로 개발되는 음이온 교환막 연료전지용 전극 소재로 ‘니켈-몰리브데넘’ 소재를 만들었다. 지금은 백금을 전극 소재로 사용하고 있지만 가격이 비싼 탓에 다양한 대체 소재의 개발이 이뤄지고 있다. 하지만 백금 수준의 성능을 낼 수 있는 대체 소재는 아직 나오지 않고 있는 상황이다.
니켈은 백금 가격의 80분의 1 정도로 저렴해 음이온 교환막 연료전지의 전극 소재로 주목을 받았지만, 성능은 백금의 100분의 1 수준에 불과해 상용화까지 이르지는 못하고 있다.
KAIST 연구진은 코발트·철·아연·크롬·몰리브덴·텅스텐 6종의 금속을 니켈에 전기도금해 전극으로서 성능을 확인했다. 그 결과 니켈에 몰리브덴을 도금했을 때 전류 밀도는 ㎠당 1.1㎃로, 백금의 전류 밀도인 ㎠당 1.0㎃보다 10% 이상 성능이 개선되는 것으로 나타났다.
조은애 교수는 “순수한 니켈은 성능이 낮지만, 산화 몰리브데넘을 이용해 니켈의 전자구조를 변화시켜 성능을 비약적으로 높였다ˮ며 “공정 특성상 대량 생산에도 적합하며 향후 음이온 교환막 연료전지에 적용할 수 있을 것으로 기대한다”고 말했다.
연구 결과는 국제 학술지 ‘어플라이드 카탈리시스 B: 엔바이론멘탈’에 지난달 5일 소개됐다.
참고자료
Applied Catalysis B: Environmental, DOI: https://doi.org/10.1016/j.apcatb.2023.122740