한국과학기술원(KAIST) 신소재공학과 조은애 교수·포항공대(POSTECH) 화학공학과 한정우 교수 공동 연구팀은 수소차 연료 전지에 사용되는 촉매인 백금을 대체할 비귀금속 촉매를 개발했다고 22일 밝혔다. 수소차에 사용되는 '양이온 교환막 연료전지(PEMFC)'는 전기화학 반응 속도를 높이기 위해 전극에 많은 양의 백금 촉매를 사용한다. 연구팀은 백금을 대체할 수 있는 공기극용 '단일 원자 철·질소·탄소·인 소재'를 개발하고, 활성 메커니즘을 규명했다. 이 소재는 탄소에 미량의 철 원소가 원자 단위로 분산돼 있고, 그 주변을 질소와 인이 결합하는 구조라고 연구팀은 설명했다. 이 소재를 촉매로 이용하면 현재 상용 제품에 적용되고 있는 PEMFC뿐만 아니라 차세대 연료전지인 '음이온 교환막 연료전지(AEMFC)'에도 적용할 수 있다. 귀금속인 백금보다 1000분의 1 이상 저렴해 가격 경쟁력을 확보할 수 있다고 연구팀은 덧붙였다. 조은애 교수는 "연료전지는 복잡한 반응 장치라서 새로운 촉매가 개발되더라도 실제 연료전지에 적용하기는 어려운 경우가 많은데 이번에 개발한 촉매는 양이온 교환막 연료전지와 음이온 교환막 연료전지에 적용해 모두 성능을 높이는 데 성공했다
탄소 중립에 도달하기 위해 수소가 미래 에너지원으로 주목받고 있다. 수소 연료전지는 수소와 공기 중의 산소를 반응시켜 전기를 생산하는 발전장치로 중소형 발전뿐만 아니라 승용차, 버스, 선박 등과 같은 운송 수단의 동력원으로 개발되고 있다. 그러나 현재 전극 재료로 귀금속인 백금을 사용하고 있어 가격을 낮추는 데 걸림돌이 되고 있다. KAIST는 신소재공학과 에너지 변환 및 저장재료 연구실 조은애 교수 연구팀이 백금을 대체할 수 있는 저렴하지만 고성능을 가진 전극 소재를 개발하는 데 성공했다고 11일 밝혔다. KAIST 조은애 교수 연구팀은 차세대 연료전지로 개발되고 있는 음이온 교환막 연료전지용 전극 소재로 백금보다 우수한 성능을 갖는 '니켈-몰리브데넘 소재'를 개발했다. 신규 개발 촉매를 실제 연료전지에 적용하는 경우 다양한 변수에 의해 실성능을 얻지 못하는 경우가 많았지만 연구팀은 이번 연구에서 이를 극복하고 실제 연료전지에 신규 개발 촉매를 적용하는 것에 성공했다. 니켈은 음이온 교환막 연료전지용 비귀금속 전극 소재로 주목받았으나, 백금 성능의 100분의 1에도 미치지 못해 실제 적용되지 못하고 있었다. 그러나 이번에 연구팀이 개발한 니켈-몰리브데넘 촉
광주과학기술원(GIST) 연구진이 전기화학적 표면처리를 통해 니켈 기반 화합물 촉매의 수소 발생 효율을 기존 대비 40% 이상 향상시켰다. ‘수소 발생 효율’은 발생한 수소 연료의 부피 당 필요한 전력소모량을 결정하는데, 이번 연구에서 개발된 촉매를 수전해에 활용하면 수소 연료 생산 시 전력 소모량을 약 30% 감소시켜 수소 연료 가격을 낮추는 데 기여할 것으로 기대된다. 수전해는 양극에 수소 발생 촉매와 산소 발생 촉매를 사용해 전위차를 발생시켜 물로부터 각각 수소 기체와 산소 기체를 발생시키는 장치로, 수소 연료 발생 과정에 있어 이산화탄소 등 온실가스를 발생시키지 않아 친환경 수소 연료 생산을 위한 핵심기술로 주목받고 있다. 현재 수소 발생 촉매로 활용되는 대부분의 물질은 백금을 비롯한 귀금속 촉매인데, 이러한 귀금속 촉매들은 가격이 높아 수소 연료의 가격을 높이는 주요한 원인이 되기 때문에 니켈, 코발트, 철 등의 비(非)귀금속 촉매를 개발하는 연구들이 많이 진행되고 있다. 하지만 비귀금속 촉매는 백금 대비 효율이 낮아 많은 전력이 필요하고, 이는 수소 연료의 가격을 높이기 때문에 비귀금속 촉매의 수소 발생 반응 속도를 높이기 위한 연구가 필요하다.
물리학과 최근수 교수 연구…"탄소 결함이 구조적 유연성 높여" 값비싼 귀금속 촉매를 대체할 물질로 주목받는 '탄소 기반 촉매'의 반응 원리를 설명한 연구가 나왔다. 울산과학기술원(UNIST)은 물리학과 최근수 교수가 전기화학 반응을 촉진하는 탄소 기반 촉매의 이론적 원리를 밝혔다고 2일 밝혔다. 탄소의 결함(질소 도핑 또는 탄소 공백)과 구조적 유연성, 화학 반응이 맞물리면서 백금 같은 귀금속 없이도 촉매 활성이 가능해진다는 것이 핵심 내용이다. UNIST에 따르면 수전해 수소 생산이나 금속-공기 이차전지, 수소 연료전지 등에는 '산소 환원 반응'이 필요하다. 이 반응은 산소와 수소, 전자가 만나 물이 되는 과정인데, 촉매 없이는 반응이 잘 일어나지 않는다. 이 때문에 촉매 성능이 뛰어난 귀금속인 백금이 꼭 필요한데, 백금은 비싸고 내구성이 떨어져 대체 물질로 탄소 기반 촉매가 활발히 연구되고 있다. 그러나 탄소 기반 촉매가 전기화학 반응을 촉진하는 원리는 명확히 밝혀지지 않았다. 이에 최 교수는 탄소의 독특한 구조적 특성에 주목해 탄소 기반 촉매가 반응을 활성화하는 원리를 규명했다. 대표적인 탄소의 구조는 크게 두 종류인데, 그래핀이나 흑연처럼 3개가 결합
헬로티 이동재 기자 | 한국금거래소디지털에셋의 센골드가 백금에 이어, e팔라듐 거래를 개시했다고 23일 밝혔다. 센골드는 아이티센의 계열사다. 백금과 팔라듐은 매연 저감장치의 핵심 원자재이자 연료전지(배터리), 전기차 충전소, 수소경제 인프라 구축에 필수적인 자원이다. 팔라듐은 2020년 이후 금보다 고가에 거래되고 있는데, 2개국(러시아, 남아공)이 글로벌 공급의 70% 이상을 차지하기 때문에 현지 생산 및 물류 환경에 따라 가격 변동성이 크게 발생하기도 한다. 센골드의 팔라듐 거래건 수는 한 주(11/8~11/12)간 3800여 건, 거래대금 12억8000만 원이 발생했다. 전주(11/1~11/5) 대비 거래대금이 2.3배 증가했다. 센골드는 투자자가 실물을 보유하지 않아도 원자재 직접 투자를 가능하게 해 큰 호응을 얻고 있다. 실물 구매 시 적용되는 부가가치세가 부과되지 않는 점 또한 장점으로 꼽힌다. 한국금거래소디지털에셋의 김종인 대표는 “친환경 산업이 급팽창하면서 각종 광물자원에 대한 수요가 늘고 있고, 투자자들의 관심 또한 증가하고 있다”며 “센골드 내 팔라듐 출시 후 매수 의사를 밝히는 고객들의 문의가 꾸준히 접수되고 있어 일일 거래한도 상향을
헬로티 조상록 기자 | 한국수력원자력(이하 한수원)이 10월 13일 경기도 일산 킨텍스에서 SK에코플랜트, 블룸에너지, 블룸SK퓨얼셀과 ‘고체산화물 연료전지(SOFC) 국산화 협력 MOU’를 체결했다. 이번 협약으로 SOFC 주요품목 국산화를 위해 △한수원은 중소기업 협력과제 지원 △SK에코플랜트는 국산화 개발품 국내사업 활용 △블룸에너지는 기술개발 지원 △블룸SK퓨얼셀은 국내사 발굴 및 생산지원을 각각 맡게 된다. 이들 기관의 협력을 통해 SOFC의 전력 생산 장치인 셀과 스택의 핵심부품을 국산화 품목에 추가해 국내 유망 중소기업 발굴, 기술지원 및 국산품 개발 등 국산화 시기가 앞당겨질 것으로 기대된다. 연료전지발전은 연소가 아닌 화학반응을 이용한 발전방식으로 주변 환경에 미치는 영향이 적어 미래지향적인 발전원으로 각광받고 있다. 특히, 고체산화물 연료전지는 고온에서 작동하기 때문에 백금과 같은 고가의 귀금속 전극촉매가 필요하지 않고 전해질 손실이나 보충도 필요 없다. 또, 전지 부식 문제는 없으면서도 발전효율은 높다는 장점이 있다. 하지만, 이러한 장점에도 불구하고 외산 기자재라는 한계 때문에 대내외적으로 설비도입에 많은 어려움이 있었다. 정재훈 한수원
헬로티 조상록 기자 | 한국에너지기술연구원(이하 에너지연)과 한양대학교가 공동으로 수송용/건물용 연료전지 MEA* 단가를 저감할 수 있는 원천기술을 개발했다. 에너지연 연료전지실증연구센터 정치영 박사 연구진과 한양대학교 화학공학과는 공동연구를 통해 습식 전기분무 방식에 기반한 연료전지 전극 내 이오노머 나노제어 기술을 통한 백금 사용량 저감 MEA 제조 원천기술을 개발했다고 밝혔다. MEA(Membrane Electrode Assembly, 막전극접합체)는 연료전지 전극과 전해질막이 접합된 핵심 부품으로, 수소와 산소가 반응, 실제 전기화학반응이 일어나 전기를 만드는 부분이며 연료전지 스택 원가의 약 40%를 차지한다. 이번 기술을 이용하면 백금 사용량을 0.1mg/cm2 수준으로 저감할 수 있으며, 이를 통해 미국 에너지성(US DOE)에서 제시한 기술적 목표를 조기 달성하는 성과를 이루었다. 고분자 연료전지는 고분자로 이뤄진 막을 전해질로 사용하는 연료전지로, 저온에서 반응이 일어나며 높은 에너지밀도와 효율을 가져 교통수단의 동력, 현지 설치형 발전 등 활용범위가 넓은 장점이 있다. 고분자 연료전지에서 전극은 슬러리 공정을 통해 백금 촉매와 나피온 이오노
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