인더뉴스 제해영 기자ㅣ부산대학교는 재료공학부 이정우 교수 연구팀이 수소 에너지 활용을 위한 고효율 전지 촉매를 개발했다고 6일 밝혔습니다. 이번 성과는 국제학술지 'EcoMat' 2024년 12월호에 표지 논문으로 게재됐습니다.
연구팀은 백금-니켈 나노 입자와 질소 도핑된 그래핀을 결합한 새로운 촉매를 개발했습니다. 이 촉매는 기존 백금 기반 촉매보다 최대 3배 높은 효율을 보이며, 10시간 이상 성능을 유지하는 특징을 가졌습니다. 이를 통해 수소 에너지의 생산 및 활용에서 중요한 혁신이 기대됩니다.
백금은 높은 성능을 보이지만 가격이 비싸고 매장량이 적어 상용화에 어려움이 있었습니다. 이에 연구팀은 니켈을 결합해 백금 사용량을 줄이면서 성능과 내구성을 동시에 높였습니다. 또한 그래핀을 사용해 촉매의 안정성을 향상시켰습니다.
연구진은 마이크로파를 이용한 고속 합성 공정을 통해 백금-니켈 나노합금 입자를 질소 도핑된 그래핀에 담지하는 방식으로 격자 수축을 조절해 최적의 촉매 특성을 확보했습니다. 합성된 촉매는 산소 환원 반응에서 기존 촉매 대비 3배 높은 비면적 활성도와 질량 활성도를 보였으며, 수소 생산 반응에서는 2배 높은 성능을 기록했습니다.
특히, 아연-공기 2차 전지 적용 결과, 기존 상용 촉매 대비 약 2배 높은 전력 밀도를 기록하며 10시간 이상 안정적으로 충방전 성능을 유지했습니다. 이러한 결과는 수소 자동차, 발전 시스템 등 다양한 분야에 활용될 가능성을 제시하고 있습니다.
이정우 교수는 “빠르고 간단한 합성 공정을 통해 높은 성능과 내구성을 가진 촉매를 개발했다”며 “백금 사용량을 줄이면서도 성능을 개선해 향후 에너지 기술 발전에 크게 기여할 수 있을 것”이라고 밝혔습니다.
이번 연구는 부산대 재료공학부 조승근 박사과정생과 박길령 석사 졸업생이 제1저자로 참여했으며, 안동대 이덕현 교수팀과 한국에너지기술연구원 김선이 박사팀과의 공동 연구로 진행됐습니다. 연구는 한국에너지기술평가원과 산업통상자원부, 과학기술정보통신부의 지원을 받았습니다.
