SiC 세라믹 기반 연료전지용 전극 촉매 지지체 개발

ACS Applied Energy Materials 표지 이미지. (자료제공: KICET)

한국세라믹기술원(원장 정연길)은 수소에너지소재센터의 신태호·이석희·신서윤 박사와 한국기술교육대학 최순목 교수, (재)경북IT융합기술산업원 김병근 박사 공동연구팀이 최근 SiC 세라믹 기반 연료전지용 전극 촉매 지지체를 개발했다고 지난달 15일 밝혔다.

고분자 전해질 연료전지(PEMFCs, Polymer Electrolyte Membrane Fuel Cells)는 수소와 산소의 전기화학반응으로 발생한 전기와 열을 이용하며, 수소연료전지 자동차인 넥쏘에 적용된 차세대 친환경 에너지 시스템이다.

현재 고분자 전해질 연료전지에 쓰이는 탄소 소재의 촉매 지지체는 연료전지 작동환경에서 열화로 인한 성능 저하의 문제가 발생하고 있다. 반면, 세라믹 기반의 촉매 지지체는 내구성은 우수하지만 낮은 전기전도도로 인해 적용하는데 어려움이 있어 관련 연구의 필요성이 지속적으로 제기되어 왔다.

이를 해결하고자 공동연구팀은 커피 찌꺼기의 열분해를 통해 기능성 그래핀을 SiC 표면에 코팅시킴으로써 세라믹 기반 SiC가 갖는 전기전도도를 획기적으로 높여 내구성을 확보했다.
가속 열화 실험에서 현재 사용 중인 탄소 지지체는 백금이 담지된 촉매의 성능이 63.2% 감소한 반면에 기능성 그래핀이 코팅된 SiC 세라믹 기반 지지체의 촉매 성능은 17.5% 감소한 것으로 나타났다.

한국세라믹기술원 수소에너지소재센터 신태호 센터장은 “고효율 및 고내구성을 가지는 세라믹 기반 지지체 기술로 연료전지 촉매에 적용이 가능한 원천기술을 확보하였다”며 “기존의 세라믹 지지체 소재보다 내구성이 뛰어나고 효율성도 증가해 다양한 에너지 변환 기술에 활용될 수 있다”고 말했다.

이번 연구는 한국연구재단의 원천기술개발사업 나노·소재기술개발사업으로부터 지원받았다. 연구 성과는 미국 화학회에서 발간하는 ‘ACS Applied Energy Materials’의 2023년 4월 온라인판에 게재됐다.