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수소연료전지 상용화 앞당긴다…GIST, 촉매 성능평가 기술 개발

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  • 한고은 기자
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  • 2021.04.19 11:07
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단원자 철 촉매의 활성점과 사이안화 이온의 비가역적 흡착을 이용한 촉매의 성능결정인자 (활성점 밀도와 전환빈도) 도출방법의 모식도. /자료=GIST
단원자 철 촉매의 활성점과 사이안화 이온의 비가역적 흡착을 이용한 촉매의 성능결정인자 (활성점 밀도와 전환빈도) 도출방법의 모식도. /자료=GIST
국내 연구진이 수소연료전지 촉매의 성능을 측정하는 기술을 확보했다. 수소연료전지 상용화를 앞당길 기술로 평가된다.

광주과학기술원(GIST)는 19일 신소재공학부 최창혁 교수 연구팀이 수소연료전지용 비귀금속계 촉매의 성능평가를 위한 원천기술을 개발하는데 성공했다고 밝혔다.

수소연료전지는 공기 중 산소와 수소의 반응을 통해 전기를 생산하는데, 이들의 반응을 돕는 촉매의 역할이 중요하다. 기존 수소연료전지는 귀금속인 백금을 촉매로 사용했지만, 비싼 가격때문에 상용화에 한계가 있었다.

대안으로 철, 질소, 탄소로 구성된 단원자 철 기반의 비귀금속계 촉매가 주목받고 있지만 단원자 촉매의 성능을 결정짓는 활성점 밀도, 전환빈도 등을 파악할 방법이 없다는 것이 문제였다.

연구팀은 철 기반 단원자 촉매에 사이안화 이온(CN-)이 비가역적으로 흡착된다는 점에 착안해 비귀금속계 촉매의 활성점 밀도와 전환빈도를 측정하는 기술을 고안했다.

연구팀은 철 기반의 단원자 촉매에 사이안화 이온을 비가역적으로 흡착시킨 뒤 이온의 양을 자외-가시선 분광법으로 정량화하고, 촉매의 산소환원 반응성 감소량을 측정했다. 이를 통해 촉매의 활성점 밀도와 전환빈도를 도출했다.

최창혁 교수는 "이번 연구성과는 최근 상용화에 근접한 철 기반 단원자 촉매의 성능평가 원천기술을 확보했다는데 큰 의의가 있다며 "추후 해당 기술을 활용하여 높은 활성도를 가지는 산소환원 촉매 개발을 통해 미래 수소 경제 활성화에 기여할 수 있기를 기대한다"고 말했다.

이번 연구성과는 미국 화학회(ACS)가 발행하는 국제학술지 '오픈어세스 미국화학회지'(JACS Au)에 지난 13일자로 게재됐다.



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