포스텍은 신소재공학과 김용태<사진> 교수와 박사과정 유상훈 연구팀이 수소의 농도에 따라 선택적으로 수소 산화 반응을 일으켜 수소차 연료전지의 부식을 막아주는 촉매를 개발했다고 2일 밝혔다.

연료전지의 내구성을 악화시키는 요인은 여러 가지가 있다.

그 중 하나가 바로 시동을 켜고 끄는 순간 음극 촉매에 발생하는 열화현상이다.

특히, 자동차용 연료전지는 그 특성상 운행을 시작하거나 종료하는 상황을 계속해서 마주하게 된다.

자동차가 정상적으로 주행하는 동안에는 내부 연료전지에 높은 농도의 수소가 안정적으로 공급되지만, 시동을 켜거나 끄는 순간에는 연료전지 내부에 수소 농도가 일시적으로 낮아지는 상황이 발생한다.

수소 이외에 외부 공기도 연료전지 내부로 새어 들어오게 되면서 양극에 의도치 않은 산소 환원 반응을 일으켜 순간적으로 음극 전위가 높게 치솟게 되고 음극 촉매의 부식으로까지 이어진다.

이에 연구팀은 이번 연구에서 이산화티타늄(TiO2)에 백금(Pt)을 입힌 촉매(Pt/TiO2)를 개발해 수소차 연료전지의 부식을 막는 데 성공했다.

이 촉매는 이산화티타늄과 백금 사이의 강한 상호작용과 수소 스필오버(spillover) 현상을 이용해 주변의 수소 농도에 따라 물질 표면의 전기 전도성을 변화시킬 수 있는 전기 촉매다.

이어 개발한 촉매와 기존 촉매를 비교하기 위한 시뮬레이션 테스트도 진행했다.

그 결과, ‘백금-이산화티타늄’ 촉매를 사용한 전지는 기존 전지에 비해 세 배 더 높은 내구성을 보였다.

수소의 농도에 따라 산소의 환원 반응과 수소의 산화 반응을 선택적으로 진행하여 전지의 내구성을 높이는 데 성공한 것이다.

이번 연구를 바탕으로 수소차 연료전지의 내구성 문제가 해결된다면 차세대 모빌리티 산업에서 우리나라 수소차의 입지가 더욱 커질 것으로 기대된다.