전체기사 최신뉴스 GAM
KYD 디데이
경제 과학기술

속보

더보기

기초연, 발전 성능 두배 높인 수소차 연료전지 합성법 개발

기사입력 : 2023년02월16일 14:52

최종수정 : 2023년02월16일 14:52

미국 에너지부 2025년 달성 목표 능가하는 기술

[세종=뉴스핌] 이태성 기자 = 수소경제 전반의 핵심 발전 시스템인 연료전지의 발전 효율을 크게 높일 수 있는 새로운 촉매 합성법이 개발됐다.

기초과학연구원 나노입자 연구단 성영은 부연구단장 연구팀은 열처리 공정만으로 백금 기반 연료전지 촉매를 합성하는 기술을 개발했다고 16일 밝혔다.

연구팀은 이를 통해 백금 함량 당 연료전지의 발전 성능을 기존 대비 두배 가량 높였다고 설명했다.

주사전자현미경(STEM) 및 투과전자현미경(TEM)으로 관찰한 백금-코발트 나노촉매의 모습. 기존에 보고된 최고 수준의 촉매들과 비교했을 때 연구진이 개발한 촉매는 백금 함량 당 발전 성능(정격 출력 밀도)이 두 배 가까이 개선됐다. [사진=기초과학연구원(IBS)] 2023.02.16 victory@newspim.com

수소 에너지를 전기 에너지로 변환하는 데에는 연료전지가 가장 널리 활용되는데 연료전지는 수소(H2)와 산소(O2)를 이용해 전기를 생산하고, 부산물로 물(H2O)만을 배출하는 친환경적인 발전시스템으로 수소발전소 등 수소 산업 곳곳에서 폭넓게 활용될 것으로 기대된다.

하지만 연료전지 촉매로 사용되는 백금(Pt)의 가격이 1㎏당 3000만 원 이상이며 고성능 촉매를 합성하기 위한 합성법이 제한적인 상황이다.

연료전지 시스템이 산업 전반에 활용되기 위해서는 백금계 촉매를 손쉽게 대량 생산하는 기술과 적은 촉매로도 발전 성능을 지금보다 크게 개선시키는 것이 필요한 상황이다.

이에 IBS 연구진은 간단한 열처리 공정으로 백금 기반 촉매를 합성하는 새로운 방법을 고안했다.

불안정한 코발트 주변을 백금 원자들이 규칙적으로 둘러싸 보호하기 때문에 촉매의 성능과 안정성이 매우 뛰어나다. 또 합성 과정에서 유독한 용매나 계면활성제 등이 필요하지 않다는 장점도 있다.

탄소 지지체 위에 백금(은색 원)과 코발트(빨간색 원) 원자들을 형성한 뒤 900℃까지 온도를 높이는 단순한 열처리 과정을 통해 새로운 나노촉매를 합성했다. 탄소 지지체 위에서 원자들이 규칙적으로 배열돼 높은 성능과 안정성을 가진다. [사진=기초과학연구원(IBS)] 2023.02.16 victory@newspim.com

연구진이 고안한 합성법을 이용하면 탄소 지지체 위에 다량의 나노입자를 촘촘히 배치할 수 있어 산소 기체의 이동도 용이해진다. 연료전지의 반응물로 사용되는 산소 기체의 유입이 쉬워 효율이 더욱 좋아진다는 의미다.

여기에 이온의 이동을 용이하게 하는 아이노머라는 첨가제를 탄소 기판 위에 고르게 분산시켜 기존 촉매가 연료전지로 구현됐을 때 제 성능을 구현하지 못하는 문제를 해결했다.

연구진은 개발한 촉매를 장착해 연료전지의 성능을 평가했다. 같은 무게의 백금을 사용했을 때 기존 수소자동차 대비 2배 가까운 전력(5.9kW/gpt)을 생산하는 것으로 확인됐다.

연료전지 가격의 40%를 차지하는 값비싼 백금의 사용량을 두배 절감할 수 있는 셈이다. 미국 에너지부(DOE)가 제시한 2025년 개발 목표치를 달성한 우수한 성능이다.

현택환 단장은 "값비싼 백금 촉매를 손쉽게 대량 생산하고 소량의 촉매만으로도 더 높은 발전 성능과 내구성을 구현할 수 있는 원천기술"이라며 "연료전지 촉매뿐 아니라 여러 전기화학 산업에 사용되는 촉매들의 성능 및 내구성 증대에 기여할 것"이라고 말했다.

이번 연구를 이끈 성영은 부연구단장은 "연료전지 상용화의 걸림돌이었던 문제를 해결하고, 세계 최고 수준의 연료전지 성능을 확보했다"며 "수소자동차의 산업적 발전은 물론 탄소 중립을 위한 수소 경제 달성에도 큰 기여를 할 것으로 기대한다"고 말했다.

한편 연구결과는 지난달 30일(한국시간) 에너지 분야 세계 학술지인 '에너지와 환경과학'(Energy & Environmental Science) 온라인 판에 실렸다.

victory@newspim.com

[뉴스핌 베스트 기사]

사진
특검 "尹, 구속연장 없이 기소도 검토" [의왕=뉴스핌] 김학선 기자 = 윤석열 전 대통령이 재구속된 이후 조은석 특별검사팀의 출석 요구에 잇달아 불응한 가운데 15일 윤 전 대통령이 수감된 경기도 의왕시 서울구치소 앞의 모습. 특검은 이날 윤 전 대통령에 대해 구속기간 연장 없이 바로 기소하는 방안도 검토하고 있다고 밝혔다. 2025.07.15 yooksa@newspim.com   2025-07-15 14:38
사진
'반구천의 암각화' 세계유산 등재 [서울=뉴스핌] 이지은 기자 = 선사시대의 생활문화를 엿볼 수 있는 바위그림인 '반구천의 암각화'가 유네스코 세계유산에 등재됐다. 제47차 세계유산위원회는 12일(현지시간) 프랑스 파리에서 열리는 회의에서 한국 정부가 신청한 '반구천의 암각화'를 세계유산 목록에 등재하기로 최종 결정했다. 2010년 세계유산 잠정 목록에 등재된 후 15년 만의 결실이다. 이로써 대한민국은 총 17건(문화유산 15건·자연유산 2건)의 유네스코 세계유산을 보유하게 됐다. [서울=뉴스핌] 이지은 기자 = 세계유산으로 등재된 '반구천의 암각화' [사진=국가유산청] 2025.07.12 alice09@newspim.com '반구천의 암각화'는 국보로 지정된 울산 '울주 천전리 명문과 암각화'와 '울주 대곡리 반구대 암각화'를 포함하는 유산이다. 대곡리 반구대 암각화에는 작살 맞은 고래, 새끼를 배거나 데리고 다니는 고래 등이 생동감 있게 표현돼 선사시대 사람들의 생활상화 생태계를 엿볼 수 있다. 국가유산청은 지난 2010년 '반구천의 암각화'가 세계유산 잠정 목록에 등재된 후 지난해 1월 세계유산 등재 신청서를 유네스코에 제출했다. 이후 서류 및 현장실사 등 심사를 거쳤다. 세계유산위원회는 '반구천의 암각화'에 대해 "탁월한 관찰력을 바탕으로 그려진 사실적인 그림과 독특한 구도는 한반도에 살았던 사람들의 예술성을 보여주고, 다양한 고래와 고래잡이의 주요 단계를 담은 희소한 주제를 선사인들의 창의성으로 풀어낸 걸작"이라고 평했다. 이어 "선사시대부터 약 6000년에 걸쳐 지속된 암각화의 전통을 증명하는 독보적인 증거이면서 한반도 동남부 연안 지역 사람들의 문화 발전을 집약해 보여준다"고 덧붙였다. [서울=뉴스핌] 이지은 기자 = 울주 대곡리 반구대 암각화. [사진=국가유산청] 2025.07.12 alice09@newspim.com 세계유산위원회는 등재 결정과 함께 사연댐 공사의 진척 사항을 보고할 것과 더불어 반구천 세계 암각화센터의 효과적 운영을 보장하고, 관리 체계에서 지역 공동체와 줌니들의 역할을 공식화하고, 유산의 '탁월한 보편적 가치'에 영향을 줄 수 있는 모든 주요 개발 계획에 대해 알릴 것을 권고했다. 국가유산청 관계자는 "이번 '반구천의 암각화'의 세계유산 등재는 국가유산청과 외교부, 주유네스코대한민국대표부, 해당 지자체가 모두 힘을 합쳐 이뤄낸 값진 결과"라며 "이번 등재롤 계기로 '반구천의 암각화'가 가진 세계유산으로서의 가치를 충실히 보존하는 한편, 지역주민과의 긴밀한 협력을 이어가는 적극행정으로 지역사회와의 상생을 위한 정책적 노력을 지속할 것"이라고 약속했다. 최응천 국가유산청장은 "'반구천의 암각화'가 세상에 알려진 지 50여 년이 지났지만, 세계유산 등재까지는 쉽지 않은 긴 여정이었다"며 "앞으로도 국가유산청은 '반구천의 암각화'를 인류 공동의 유산으로서 가치를 지키고 잘 보존·활용할 수 있도록 최선을 다하겠다"고 전했다. alice09@newspim.com 2025-07-12 18:02
안다쇼핑
Top으로 이동