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연구 

국내 연구진 수소 백금 촉매 70% 이상 줄일 수 있는 기술 개발
  • 글쓴이 : 커뮤니케이션팀
  • 조회 : 487
  • 일 자 : 2023-11-14


국내 연구진 수소 백금 촉매 70% 이상 줄일 수 있는 기술 개발
심준형 교수팀, 껍질 구조 이용 기존 수소 백금 촉매 용량 대비 30% 이하 사용 가능 기술 개발 성공
국제 저명학술지 Applied Catalysis B: Environmental 논문 게재

 

 

왼쪽부터 심준형 교수(연구책임자, 교신저자), 박해욱 연구원 (공동 제1저자), 서범근 연구원 (공동 제1저자)

▲ 왼쪽부터 심준형 교수(연구책임자, 교신저자), 박해욱 연구원 (공동 제1저자), 서범근 연구원 (공동 제1저자)




수소차는 미래 친환경 자동차로 각광받고 있다. 특히 배터리 전기차 대비 짧은 충전 시간과 적은 무게 부담으로 트럭, 버스와 같은 장거리 수송용 차량으로 각광받고 있다. 수소차는 수소 연료를 전기로 변환시켜주는 연료전지를 전원으로 사용한다. 하지만 수소차용 연료전지는 고가의 백금 촉매를 다량 사용하기 때문에 수소차 상용화에 큰 걸림돌이 되고 있다.

백금 촉매의 양을 30% 이하만 사용해도 상용 연료전지 성능을 낼 수 있는 기술이 국내 연구진에 의하여 개발됐다.

공과대학 기계공학부 심준형 교수 연구팀은 껍질 구조(shell)로 백금 촉매를 합성하는 기술을 개발하여 적은 양의 백금으로도 연료전지 출력과 내구성을 유지할 수 있음을 보이는데 성공했다.

심준형 교수 연구팀 소속 박해욱, 서범근 연구원이 제1저자로 참여한 이 연구결과는 저명 학술지인 「Applied Catalysis B: Environmental」(IF: 22.1, JCR 분야상위 0.9%) 11월 논문으로 게재됐다. 이번 연구는 한국연구재단 중견연구자 지원사업의 일환으로 수행됐다.
* 논문명 : Atomic layer deposited platinum on tungsten oxide support as high performance hybrid catalysts for polymer electrolyte membrane fuel cells)

수소차 생산 원가의 40%를 연료전지 스택이 차지하고 있고, 스택 원가의 절반 이상이 백금 촉매 관련 비용이다. 따라서 수소차의 상용화를 위해서는 백금 촉매 사용량을 줄여야 한다. 또한 백금 촉매 지지체로 사용되는 탄소 입자의 부식은 수소차의 장기 내구성에 악영향을 끼치고 있다.

심준형 교수팀은 원자층 박막 공정(ALD)을 이용하여 백금을 지지체 표면에 얇게 코팅해서 “백금 껍질 구조(Pt-shell)”를 합성하는데 성공했다. 이를 촉매로 사용하였을 때 연료전지 출력은 상용 연료전지과 비교하여 크게 차이나지 않음을 확인했다.

특히, 연구팀은 내구성이 좋은 텅스텐 산화물(WOx)를 백금 지지체로 사용하면 내구성이 획기적으로 향상됨을 확인했다. 수소차 구동을 모사하여 연료전지 시동을 100회 이상 켜고 끄는 것을 반복했을 때, 상용 탄소 지지체 상 백금은 대부분 촉매 기능을 상실한 반면 ALD Pt/WOx 촉매는 성능 변화가 거의 없음을 확인했다.

심준형 교수는 “내구성 좋은 지지체 상에 껍질 구조로 촉매를 만들면 백금 사용량을 70% 이상 절감하면서도 내구성은 크게 향상시킬 수 있음을 확인하였다. 이 연구 결과는 수소차 제조 비용 절감 및 내구성 향상에 큰 도움이 될 것으로 기대된다.”며 연구 성과의 의의를 밝혔다.




연구그림

▲ ALD Pt/WOx 백금 껍질 촉매 사진 및 연료전지 내구성 평가 결과

 

 

커뮤니케이션팀 서민경(smk920@korea.ac.kr)