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수소차 넥소 등을 제작하는데 사용되는 수소 연료전지 촉매의 가격을 1000분의 1 이하로 낮출 수 있는 기술이 개발되었습니다.

KAIST 신소재공학과 조은애 교수와 포스텍 화학공학과 한정우 교수의 공동 연구팀은, 비싼 백금 촉매를 대체할 수 있는 비귀금속 촉매를 개발하고 이 소재의 고활성 메커니즘을 밝혀냈다고 22일 발표하였습니다.

수소차에서 사용되는 양이온교환막 연료전지(고분자전해질 연료전지·PEMFC)는 전극 촉매로 백금을 많이 사용합니다. 공기 극에서의 전기화학 반응은 매우 느리기 때문에 이 속도를 높이기 위해 전극에는 많은 양의 백금이 필요합니다.

연구팀은 백금을 대체할 수 있는 단일 원자 철-질소-탄소-인 소재를 개발하고 이의 활성 메커니즘을 밝혀냈습니다. 이 소재는 탄소에 미량의 철 원소가 원자 단위로 분산되어 있으며, 이 주변에는 질소와 인이 결합된 구조를 가지고 있습니다. 이 촉매는 PEMFC뿐만 아니라 차세대 연료전지인 음이온교환막 연료전지(AEMFC)에도 적용할 수 있습니다.

조 교수는 "인을 첨가하면서 기존의 단일 원자 철-질소-탄소 촉매의 활성 부분의 성능을 대폭 향상시켰다"며 "이 촉매는 기존 백금 촉매보다 1000배 이상 저렴하다"고 설명하였습니다. 또한 "연료전지는 복잡한 반응 장치이기 때문에 새로운 촉매가 개발되더라도 실제 연료전지에 적용하는 것은 어려운 경우가 많다"며 "하지만 이번에 개발된 촉매는 PEMFC와 AEMFC 모두에 적용할 수 있다"고 덧붙였습니다.

이번 연구를 이끈 조 교수는 2012년부터 국제에너지기구(IEA)의 고분자 연료전지 한국 대표로 활동하고 있으며, 수소 기술 분야의 석학으로 알려져 있습니다. 그는 또한 윤석열 정부의 에너지위원회 전문위원을 맡고 있습니다. 연구 결과는 미국화학회의 국제 저널 저널 이름에 게재되었습니다.

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