포스텍 이진우 교수·박사과정 심종민씨 연구팀

▲ 이진우 교수

17세기 개미를 증류해 만들어져 처음으로 세상에 그 존재가 알려진 개미산을 이용해 저가의 연료전기 전극을 만들 수 있는 기술이 포스텍 연구진에 의해 개발됐다.

1일 포스텍에 따르면 이진우 교수와 박사과정 심종민씨 연구팀은 블록공중합체의 자기조립 성질을 이용, `원-포트 합성법(one-pot)`으로 개미산 연료전지의 연료극으로 사용되는 새로운 촉매를 개발했다.

최근 스마트폰, 태블릿PC 등 휴대용 전자기기 사용이 급증할 뿐 아니라 고출력 휴대용 전원에 대한 수요가 높아지면서 기존 2차전지를 대체하기 위해 연료전지에 관한 연구가 진행 중이다. 개미산은 산화 반응속도가 빠르고 상온에서도 반응이 진행될 뿐 아니라 그 효율이 메탄올 연료전지보다 우수해 액체연료전지의 연료로서 많은 연구가 이뤄지고 있지만 여기에 활용되는 촉매는 백금이나 팔라듐을 이용해 생산원가가 올라갈 뿐 아니라, 반응 중 일산화탄소가 생성되면서 피독에 의해 안정성이 떨어지는 문제점을 안고 있었다.

연구팀은 메조포러스 탄소/실리카 복합체 내에 PtPb 금속 간 나노입자들이 잘 분산되어 있는 촉매를 합성하는 데 성공했다.

 

▲ 심종민씨

또, 연구팀은 `원-포트 합성법`은 여러 번의 정제 과정이 없이 하나의 반응용기에 차례로 물질을 집어넣어 한 번에 합성하는 합성법을 이용, 합성단계와 시간을 획기적으로 단축시켰다. 이와 함께 30nm 이상의 나노기공 구조를 제어할 수 있는 기술도 같이 개발했다. 연구팀이 개발한 새로운 촉매는 기존의 백금사용량을 50%로 줄였지만, 장기 안정성이 확보됐으며, 최대 단전지 출력밀도가 Pt의 무게당 480mW로 기존의 Pt(백금) 촉매에 비해 300% 이상 성능이 향상됐다. 미국화학회가 발행하는 나노분야 세계적 권위지 `ACS Nano`지를 통해 발표된 이 연구성과는 연료전지의 가장 큰 장점인 효율과 안정성은 그대로 유지하면서 가격은 크게 낮출 수 있을 것으로 기대를 모으고 있다.

/김남희기자 ysknh0808@kbmaeil.com

용어설명

△원포트 합성법 (One-pot) -2단계 이상의 반응을 통해 화합물을 합성할 때, 일반적으로는 단계별로 생성되는 물질을 정제하는 절차를 거친다. 하지만 이 합성법은 하나의 용기에 다음 단계의 물질을 넣어 반응시키는 단계를 여러 차례 거쳐 화합물을 얻는 방법이다.

△피독-연료의 산화반응 과정에서 생성된 중간 생성물이 촉매의 활성을 방해하는 것을 의미

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