[데일리비즈온 김소윤 기자] 과학계에서 수소전기차의 대중화를 더 확산시킬 촉매 연구가 활발하다. 최근 국내 연구진이 안정성과 가격경쟁력 등을 갖춘 수소 연료전지용 ‘금속간화합물 나노 프레임(뼈대 구조)’ 촉매를 개발했다.

◇ 수소차 대중화 앞당길 나노촉매

6일 울산과학기술원(UNIST)에 따르면 이 대학 주상훈 교수 연구팀은 나노 미터 크기의 촉매 입자가 고온에서 뭉치는 것을 막는 기법을 이용해 ‘백금-구리 나노 프레임 촉매’를 개발했다.

수소 전기차의 엔진인 수소 연료전지가 작동하려면 효율적 전극 촉매가 필수적이다. 하지만 상용 촉매인 백금 촉매는 가격이 비싸고 내구성(안정성)이 떨어진다. 이 점이 수소 전기차 대중화를 막고 있다.

과학계에서 백금 사용량을 줄이고 촉매 성능을 개선하기 위해 백금과 다른 원소를 혼합한 합금 촉매가 꾸준히 연구되는 배경이기도 하다. 하지만 합금 촉매는 작동 중에 금속이 부식되거나 용해돼 내구성에 한계가 있다는 설명이다.

연구팀이 개발한 촉매는 단순 합금 촉매가 아닌 나노 프레임 구조를 갖는 금속간화합물이다. 나노 프레임 입자 표면에 실리카 보호층을 입혀 금속간화합물 촉매를 만들 때 입자끼리 뭉치는 문제를 해결했다고 연구팀은 밝혔다.

금속간화합물 촉매는 같은 종류의 금속 원소가 모여 합금 촉매보다 부식되거나 내부 금속 원소가 용해될 우려가 줄어든다. 같은 종류의 원소들끼리 모여 있으면 동일한 금속 원소 간 상호작용이 커지기 때문이다.

연구팀 관계자는 “백금 구리 촉매 입자 표면에 실리카 보호층을 코팅해 넓은 표면적을 갖는 금속간화합물 나노 프레임 촉매를 만들게 되는 것”이라고 말했다.

이번에 개발된 촉매는 상용 백금촉매는 물론 단순 합금 나노프레임 촉매보다도 성능이 우수하다. 아울러 안정성 테스트 이후에도 가장 우수한 성능을 보였다는 것이 연구팀의 설명이다.

◇ 안정성 높인 수소차 연료전지용 

7월엔 광주과학기술원(GIST) 박찬호 융합기술학제학부 교수 연구팀이 수소차 연료전지에 쓰일 새로운 촉매를 개발했다. 당시 개발된 촉매는 전지 내구성을 무려 175배나 높였다.

박 교수 연구티은 백금과 유사한 성능을 갖는 비(非)백금 촉매를 개발했다. 이로 인해 수소차 연료전지의 ‘음극 역전압 현상’에 대한 내구성을 높였다.

연구팀은 백금 대신 이리듐과 루테늄 합금을 이용한 새로운 촉매를 만들었다. 이 촉매는 음극 역전압 환경에서도 연료전지의 부식을 억제하는 기능이 있어 내구성을 보인다.

연구팀의 실험결과 이리듐-루테늄 촉매 연료전지가 기존 백금 촉매 연료전지보다 내구성이 175배 높은 것으로 나타났다. 이에 따르면 음극 역전압 환경에서 버틸 수 있는 시간은 기존 10분에서 7시간으로 증가했다.