한기대 에너지신소재화학공학부 최순목 교수 연구팀이 수소전기차 연료전지의 촉매 지지체용 고내구성 신소재를 개발했다고 15일 밝혔다.

연료전지(Fuel Cells)란 수소와 산소의 전기화학반응으로 발생한 전기를 이용하는 친환경 에너지 시스템으로 수소전기차인 넥쏘에 적용된 바 있다.

촉매 지지체는 수소전기차용 연료전지의 전기화학반응에서 사용되는 백금(Pt) 촉매를 지지하면서 전극의 역할을 하는 핵심 나노소재를 말한다.

여기서 촉매 지지체를 사용하지 않으면 백금 사용량이 급격히 증가하므로 견고한 지지체의 사용은 매우 중요하다.

상용차를 중심으로 수소전기차의 시장이 확대됨에 따라 발전(發電) 효율과 더불어 소재들의 내구성 향상도 함께 요구되며 그중에서도 연료전지용 촉매 지지체의 내구성이 핵심적으로 중요하다.

현재 사용되는 탄소(C) 지지체보다 고온 내구성이 우수한 탄화규소(SiC) 소재를 전극 지지체에 적용하려는 연구가 시도됐으나 탄소 대비 낮은 전기전도도로 인해 어려움이 있었다.

최순목 교수 연구팀은 탄화규소 지지체 표면에 그래핀(graphene)을 코팅하여 전기전도성을 향상시키는 기술을 개발했다.

이 공정에서 연구팀은 한기대 교내 까페에서 버려지는 커피 찌꺼기를 그래핀 코팅층의 원재료로서 활용하는 자원순환형 원천기술을 개발해 친환경적이고 동시에 경제적인 코팅기술을 개발했고 이 기술은 특허 등록을 마친 상태다.

이후 수소전기차용 연료전지 전문 연구기관인 세라믹기술원(신태호 센터장)과 공동연구를 진행했다.

그래핀 코팅된 탄화규소 지지체를 적용한 연료전지가 기존의 탄소 지지체를 활용한 연료전지에 비해 3배 이상의 내구성이 향상된 결과를 얻었다.

해당 연구는 한국연구재단 중견연구자 지원 사업의 지원을 받았으며 미국화학회에서 발간하는 에이씨에스 어플라이드 에너지 머터리얼스(ACS Applied Energy Materials) 4월호(온라인) 표지논문에 선정돼 등재된 바 있다.

연구책임자인 최순목 교수는 “상용차용 수소전지는 승용차용 수소전지보다 더 강화된 내구성이 요구되는 분야”라며 “이번에 개발된 기술은 내구성 확보뿐만 아니라 원재료부터 코팅 기술까지 저비용 공정으로 개발된 자원순환형 기술이기에 더 강점이 있다”고 말했다.

논문의 제1저자인 김병근 박사는 “이번에 개발된 자원순환형 그래핀 코팅 기술은 수소전기차용 연료전지 기술 외에 이차전지를 포함한 다른 신재생 에너지 기술에도 적용이 가능해 향후 원가절감과 내구성 향상에 큰 기여를 할 것으로 기대된다.”고 전했다.