DGIST, 수소연료전지 핵심 촉매 개발

대구경북과학기술원(이하 DGIST)이 에너지공학과 유종성 교수 연구팀이 고비용 소재인 백금 사용을 줄이면서도 수소 연료전지의 성능과 내구성을 동시에 높일 수 있는 ‘백금-칼슘 합금 나노입자’ 합성에 성공했다고 29일 밝혔다.이번 연구로 개발된 촉매는 연료전지의 핵심 부품인 전극에 적용될 수 있는 고성능 소재로 차세대 수소차와 친환경 발전 기술 상용화에 크게 기여할 것으로 기대된다.그간 백금은 연료전지 촉매로서 가장 뛰어난 성능을 보여왔지만, 희소성과 높은 비용이 단점으로 작용해왔다. 특히 칼슘은 알칼리 토금속 중 하나로, 전기화학적으로 매우 불안정해 백금과의 합금 합성이 어려운 것으로 알려져 있었다.이번 연구에서는 ‘용액상 합성법’을 통해 백금과 칼슘이 규칙적으로 배열된 ‘코어(속)’ 구조 위에 백금으로 둘러싼 ‘셸(껍질)’ 구조를 구현함으로써 구조적 안정성과 촉매 효율을 모두 확보한 점이 특징이다.개발된 백금-칼슘 나노입자는 실제 연료전지 구동 환경에서도 높은 반응성과 내구성을 입증했다. 미국 에너지부(DoE)가 설정한 2025년 목표 기준치를 상회하는 성능을 기록해, 상용화 가능성에 청신호를 밝혔다.연구팀은 독일 뒤스부르크-에센대학교(Kai S. Exner 교수팀)와 공동으로 진행한 이론연구를 통해 백금-칼슘 간 강한 원자 결합이 장기 내구성을 높이는 주요 요인임을 과학적으로 규명했다.유종성 교수는 “연료전지 촉매 분야에서 성능과 내구성, 경제성 세 가지를 동시에 만족시키는 기술은 드물다”며 “이번 성과는 실제 수소경제 실현에 필요한 실용적 해법이 될 것”이라고 밝혔다.한편 이번 연구는 한국연구재단 중견연구자지원사업(2024년)의 지원을 받아 수행됐으며, DGIST 에너지공학과 박사과정 기안 칼렙(Gyan-Barimah Caleb) 학생이 제1저자로 참여했다. 연구 결과는 나노소재 분야 국제학술지 Small에 게재됐다.