유원철·이상욱 화학분자공학과 교수팀이 수소연료전지 상용화의 핵심인 고효율 저비용 비백금계 촉매를 개발했다. 해당 연구는 경기도 산학협력 지원사업인 경기도지역협력연구센터(이하 GRRC)의 지원을 받아 이뤄졌다.

연구는 한국과학기술연구원(KIST)의 유성종 박사 연구팀과 공동으로 수행됐다. GRRC는 공동 연구팀이 수소에너지 전주기 핵심 소재 연구를 수행하던중에 백금계 산소환원반응 촉매를 대신할 수 있는 비백금계 전기화학촉매를 개발했다고 5일 밝혔다.

수소에너지는 수소이온이 산소와 만나 물이 생성될때 형성되는 전기에너지를 뜻한다. 이때 화학반응이 빨리 이뤄지게 돕는 촉매가 필수이며 주로 백금이 만히 사용되었다. 하지만, 백금은 비용이 많이 들기에 상용화에 제약이 있었다.

연구팀은 지금까지 보고된 적이 없던 새로운 철(Fe), 실리콘(Si), 질소(N)가 공동 도핑(어떤 물질이 가진 구조적 특성을 조절하기 위해 소량의 원소나 화학물질을 첨가하는 공정)된 탄소(FeSiNC) 단일원자 촉매를 합성했고, 저비용으로 기존 촉매를 대신할 수 있음을 확인했다. 

또한, 해당 연구에 대한 컴퓨터 시뮬레이션 연구를 수행하고 수치화해 우수한 산소환원반응 성능의 원인을 규명했다. 연료전지중 하나인 음이온 교환막 연료전지(anion exchange membrane fuel cell)를 제작 및 성능 테스트해 저비용 고효율 비백금계 촉매 상용화의 실험적인 토대를 확인했다.

유원철, 이상욱 교수팀은 “국가적으로 관심이 많은 수소에너지 활용 중 연료전지의 상용화에 큰 걸림돌이었던 값비싼 백금 기반 전기화학촉매를 대체할 수 있는 경제적이고 효율이 우수한 비백금계 촉매 개발에 새로운 도약의 발판을 마련했다”고 말했다.

해당 연구 결과는 재료화학 분야 국제 저명 학술지인 ‘저널 오브 머터리얼즈 케미스트리 에이(Journal of Materials Chemistry A)’ 2월 21일자 최신호에 출판됐다. 

한편, GRRC 사업은 연구개발 기반이 부족한 중소기업을 지원하기 위해 경기도가 도내 대학, 연구소와 중소기업을 연결하고, 기술개발 활동을 지원하는 산·학 협력모델사업이다. 올해 지원되는 도비는 52억7000만원으로 센터당 5억1000만원씩 지원하고 있으며, ERICA켐퍼스를 비롯한 10곳의 센터가 활발히 연구개발을 수행중이다.