백금 원자 하나하나가 일일이 반응 참여
전극 반응속도, 기존보다 10배 이상 높아져
전기 만들면서 수소를 다시 생산할 수도 있어
전극 반응속도, 기존보다 10배 이상 높아져
전기 만들면서 수소를 다시 생산할 수도 있어
![한국과학기술연구원 에너지소재연구단 윤경중 박사팀이 한양대학교 이윤정 교수와 함께 개발한 단일원자 촉매의 개념도. 세륨 산화물 나노입자에 백금 원자들이 붙어 있어 전기를 만드는 화학반응 속도가 10배 이상 빨라졌다. KIST 제공](https://image.fnnews.com/resource/media/image/2020/09/13/202009131222435593_l.jpg)
한국과학기술연구원(KIST)은 에너지소재연구단 윤경중 박사팀이 한양대학교 이윤정 교수와 공동연구로 고체산화물 연료전지용 단일원자 촉매를 개발했다고 13일 밝혔다.
이 촉매를 사용한 연료전지 실험 결과 700℃ 이상에서도 500시간 이상 안정적으로 작동했으며 전극 반응속도가 10배 이상 높아졌다.
고온에서도 연료전지 반응을 안정적으로 촉진시키는 물질을 원자 단위로 반응하도록 만들었다.
고체산화물 연료전지는 세라믹을 전류가 이동하는 전해질로 사용한다. 이 때문에 700℃ 이상의 고온에서 작동이 가능해 연료전지중 가장 높은 효율을 낼 수 있다. 또 전기 생산때 나오는 수증기를 분해해 다시 수소를 만들어 낼 수도 있다.
이 같은 이점에도 연료전지 촉매에 쓰이는 백금은 고온에서 쉽게 뭉쳐 효율이 떨어지며 제한된 매장량과 높은 가격도 단점이다.
연구진은 이 단점을 보완하기 위해 백금 원자와 세륨 산화물 나노입자를 강하게 결합시켰다. 백금 원자 하나하나가 세륨 산화물 나노입자의 표면에 약 1nm(10억분의 1m) 간격으로 균일하게 분산시켰다.
이 기술은 모든 백금 원자가 반응에 원활하게 참여할 수 있게 된 것이 가장 큰 특징이다. 결국 백금의 사용량을 최소화하면서도 전극의 반응속도를 높인 것이다.
![한국과학기술연구원 에너지소재연구단 윤경중 박사팀이 한양대학교 이윤정 교수와 함께 개발한 고체산화물 연료전지용 단일원자 촉매. 맨 왼쪽은 고체산화물 연료전지의 전극. 가운데는 전극 내부 표면에 형성된 단일원자 촉매이며, 오른쪽은 촉매 표면에 분산돼 있는 백금 원자(밝은 점). KIST 제공](https://image.fnnews.com/resource/media/image/2020/09/13/202009131223453822_l.jpg)
이번 연구결과는 '에너지 및 환경과학' 최신호에 게재됐다.
한편, '3차 전지'로 불리는 연료전지는 충전이 필요한 배터리(2차 전지)와 달리 수소와 산소의 화학 반응으로 직접 전기를 생산하는 친환경 발전 시스템이다. monarch@fnnews.com 김만기 기자
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