입자 특성 연구로 새 나노촉매기술 개발… 정우철·김상욱 KAIST 교수팀 등 성과

정우철·김상욱 KAIST 신소재공학과 교수와 김연휴 충남대 교수 공동 연구팀이 금속 나노 소재로 수소 연료전지의 성능을 대폭 향상 시킬 수 있는 새 나노촉매기술을 개발했다. 해당 기술은 연료전지 이외에도 물 분해 수소생산 등 다양한 환경친화적 에너지기술에 적용될 수 있을 것으로 기대된다.

최윤석·차승근 KAIST 박사와 하현우 충남대 박사과정 학생이 제1저자로 참여한 이번 연구는 국제 학술지 '네이처 나노테크놀로지' 2월 18일자 온라인판에 게재됐고 3월호 표지로 선정됐다.

10나노미터 크기보다 작은 금속 나노입자는 매우 적은 양으로 높은 촉매 활성을 보일 수 있다는 가능성 때문에 최근 에너지 및 환경기술 분야에서 큰 관심을 받고 있다. 하지만 이 신소재들은 가격이 비싸고 높은 온도에서 입자끼리 뭉치면서 촉매 활성이 저하되는 고질적 문제점이 있는 상황이었다.

연구팀은 하나의 입자가 갖는 촉매 특성을 고온에서 정확히 분석해 연료전지의 성능을 극대화하는 기술을 개발해 문제를 해결했다. 블록공중합체 자기조립을 이용한 금속 나노패턴기술을 통해 산화물 연료전지 전극 표면에 10나노미터 크기의 균일한 금속 나노입자들을 균일하게 합성하는 데 성공했다. 대표적 귀금속 촉매인 백금의 경우는 300나노그램이라는 적은 양으로도 연료전지의 성능을 21배까지 높일 수 있다는 점을 확인했다.

더불어 백금 이외에 팔라듐·금·코발트 등의 금속 촉매 특성을 정략적으로 파악해 비교했고 이론적 규명을 통해 촉매 성능이 향상되는 정확한 원리를 밝혔다.

이번 연구는 한국연구재단 나노소재원천기술사업의 지원을 받아 수행됐다.

정우철 KAIST 신소재공학과 교수는 "단순히 값비싼 촉매의 양을 늘리는 비효율적인 방법을 사용하던 기존 틀을 깨고 매우 적은 양의 나노입자를 이용해 고성능 연료전지를 개발할 수 있다는 명확한 아이디어를 제시한 결과물"이라고 말했다.
한윤창 기자 storm0238@