에너지硏, 합금촉매 제조 가격 잡는 신기술 개발

머니투데이

대전=허재구 기자

한국에너지기술연구원 융합소재연구실 김희연 박사는 KAIST, 영국 옥스퍼드 대학교 연구팀과 합금촉매의 제조가격은 낮추고 성능과 내구성은 높인 새로운 합금촉매 합성 공정을 개발했다고 27일 밝혔다.

연구팀은 기존의 복잡한 합금촉매 제조 공정을 단일화한 '단일 화학기상증착공정(One-pot CVD process)'을 세계 최초로 개발하고 500도 이하에서 최적의 결정 구조를 가진 연료전지용 백금-코발트 나노합금촉매를 합성하는데 성공했다.

'단일 화학기상증착공정'은 촉매 물질을 포함하고 있는 기체상태의 전구체를 이용해 낮은 온도에서도 짧은 시간 동안 최적의 나노합금입자를 합성할 수 있다.

단일 화학기상증착 공정(One-pot CVD process) 개념도./자료제공=한국에너지기술연구원

기존의 합금촉매는 두 종류 이상의 금속 결정이 코팅된 촉매 물질을 800도 이상에서 수소열처리해 합금화한다.

하지만 이번에 개발된 공정은 두 종류 이상의 촉매 전구체를 기체화한 후 원자 상태에서 제어해 저온에서도 최적 구조의 나노합금촉매를 합성할 수 있다는 것이 연구진의 설명이다.

이 기술을 적용하면 촉매 합성에 필요한 에너지를 크게 낮춰 제조 단가를 대폭 절감할 수 있을 뿐만 아니라 기존의 여러 단계에 걸친 복잡한 합금촉매 합성 공정을 한 단계로 줄일 수 있다.

즉, 하나의 반응기를 사용해 합금촉매 성분을 순차적으로 증착하고 낮은 온도에서의 열처리만으로도 최적 구조의 합금촉매를 합성할 수 있는 것이다.

이 공정에 의해 제조된 연료전지용 백금-코발트 합금촉매는 기존의 백금 합금촉매에 비해 백금 사용량을 5배 이상 절감하면서도 6배 이상 높은 성능을 나타냈다.

이 연구원의 김희연 박사는 "이번에 개발된 공정을 활용하면 합금 촉매 제조비용을 절감하면서도 성능을 최대화 할 수 있어 현재 95% 이상 수입에 의존하고 있는 국내 촉매 시장에서 국산 촉매의 활용 비율을 크게 높일 수 있을 것"이라며 "후속 연구를 통해 대량생산 공정을 개발할 계획"이라고 말했다.

한편 이번 연구 성과는 세계 최고 권위의 소재 분야 학술지인 '어드밴스드 머티리얼스(Advanced Materials)' 9월호 표지 논문으로 선정됐다.