▲ 촉매분야 국제 저명 학술지 ‘ACS 카탈리시스’ 표지. (사진=안하대 제공)

인하대학교(총장 조명우) 화학공학과 탁용석 교수 연구팀이 무기계 이산화티타늄 지지체를 활용해 고내구성 고분자전해질 연료전지(PEMFC)용 전극 촉매를 개발했다.

아울러 친환경 에너지원의 상용화를 앞당긴 이 연구성과는 촉매분야 저명 국제학술지 두 곳에 게재됐다.

연구팀은 고분자전해질 연료전지의 내구성 문제를 해결하기 위해 무기계 물질을 전극 촉매 지지체로 활용하는 방안에 주목했다.

연구팀은 이산화티타늄과 요소를 고온에서 열처리하고 이산화티타늄 격자 내에 질소와 탄소원자를 도핑함으로써 전자 구조를 바꿔 전기전도도를 획기적으로 높였다. 가속 열화 시험에서 현재 사용 중인 탄소 지지체에 백금이 담지된 촉매는 성능이 61.8% 감소한 반면에 질소와 탄소가 도핑된 이산화티타늄 지지체를 이용한 촉매 성능 감소는 6.0%로 내구성을 확보했다.

▲ (왼쪽부터) 이응준 박사과정생, 박찬미 석사과정 졸업생, 박창민 석사과정생.

제 1저자로 참여한 이응준 학생은 석사과정을 마치고 서울대와 KIST에서 박사과정 중이며, 박창민 석사과정 학생이 제2저자로 참여하였으며, 이 연구논문은 ‘ACS 카탈리시스’ 표지논문으로 선정됐다.

박찬미 석사과정 졸업생은 앞서 개발한 도핑된 이산화티타늄과 고비표면적의 전도성 물질인 질소 도핑된 그래핀을 합성해 촉매의 내구성을 3배 이상, 연료전지 셀 성능을 약 38% 향상시켰다. 이 연구논문은 ‘어플라이드 카탈리시스 B: 환경’에 게재됐다.

탁 교수는 “이번 연구성과는 차세대 친환경 수소차의 엔진 역할을 하는 고분자전해질 연료전지의 내구성 문제를 해결해 장기 안정성을 확보할 것”이라고 기대했다.

한편, 이번 연구는 한국에너지기술평가원(KETEP)의 에너지인력양성사업과 KIST 주요사업, 한국연구재단의 기후변화대응기술개발사업, 글로벌프론티어 멀티스케일에너지시스템 연구사업으로부터 지원받아 수행되었으며, 영남대학교 이기백교수와 KIST 유성종박사 연구팀이 함께 참여했다.