[굿모닝충청 남현우 기자] 국내 연구진이 금속 나노 소재를 이용해 수소에너지 기술의 핵심인 연료전지의 성능을 대폭 높일 수 있는 새 나노촉매기술 개발에 성공했다.
KAIST는 신소재공학과 정우철, 김상욱 교수와 충남대 김현유 교수 공동 연구팀이 10나노미터 이하의 금속 나노촉매기술을 개발했다고 25일 밝혔다.
이번 연구 성과를 통해 연구팀은 연료전지 외에도 물 분해 수소생산 등 다양한 환경친화적 에너지기술에 폭넓게 적용할 수 있을 것으로 기대하고 있다.
KAIST에 따르면 10나노미터 이하의 금속 나노입자는 극소량으로 높은 촉매 활성을 보일 수 있다는 가능성 때문에 최근 에너지 및 환경기술 분야에서 큰 관심을 받고 있다.
그러나 이러한 신소재들은 가격이 매우 비싸고 높은 온도에서 입자들끼리 뭉치면서 촉매 활성이 저하되는 문제점과 함께 각 금속 입자의 촉매 효율 향상 수치에 대한 정확한 연구결과가 없어 개발에 한계가 있었다.
연구팀은 이런한 문제를 해결하기 위해 ‘블록공중합체 자기조립’을 이용한 금속 나노패턴기술을 활용, 산화물 연료전지 전극 표면에 10나노미터 크기의 균일한 금속 나노입자들을 균일하게 합성하는 데 성공했다.
이를 통해 하나의 입자가 갖는 촉매 특성을 고온에서 정확히 분석해 연료전지의 성능을 극대화하는 기술을 개발했다.
특히 연구팀은 대표적 귀금속 촉매인 백금의 경우 300나노그램의 적은 양으로도 연료전지의 성능을 21배까지 높일 수 있음을 확인하고, 활용도가 높은 촉매인 팔라듐, 금, 코발트 등의 특성을 파악해 촉매 성능이 향상되는 정확한 원리를 밝혀냈다.
정우철 교수는 “단순히 값비싼 촉매의 양을 늘리는 비효율적인 방법을 사용하던 기존 틀을 깨고 극소량의 나노입자를 이용해 고성능 연료전지를 개발할 수 있다는 아이디어를 제시했다는 점에서 의미 있는 결과”라고 평가했다.
또 “해당 기술은 금속촉매가 사용되는 다양한 산업 분야에 적용할 수 있는 높은 유연성을 가지고 있어 향후 연료전지, 물 분해 수소생산 장치 등 친환경 에너지기술 상용화에 크게 기여할 것으로 기대한다”고 말했다.
한편 한국연구재단 나노소재원천기술사업의 지원을 받아 수행된 이번 연구는 KAIST 최윤석, 차승근 박사, 그리고 충남대 하현우 박사과정 학생이 제1저자로 참여했다.
이번 연구는 국제 학술지 ‘네이처 나노테크놀로지(Nature Nanotechnology)’ 2월 18일 자 온라인판에 게재됐고, 3월호 표지로 선정됐다.
