차세대 ' 연료전지 ' 의 비싼 촉매 , 저렴 해진다 - 이웃집 과학자 
 차세대 ' 연료전지 ' 의 비싼 촉매 , 저렴 해진다 
 승인 2019 . 11 . 26 12 : 05 
 연료 촉매 , 싸게싸게 갈 수 있 다 ? 출처 : pixabay 
 한국 과학 기술 연구원 ( KIST ) 수소 · 연료 전지연 구단 유성종 박사 팀 은 경희대 학교 김진수 교수 와 의 공동 연구 를 통해 알칼리 연료 전지용 촉매 를 개발 했 습니다 . 알 칼라인 연료전지 는 최근 차세대 연료전지 로 각광 받 고 있 는데요 . 알 칼라인 연료전지 의 촉매 로 이용 되 는 백금 은 가격 이 비싸 다는 단점 이 있 습니다 . 그런데 이번 연구 를 통해 드디어 백금 을 대체 할 수 있 는 저 가 형 촉매 가 개발 됐 다고 합니다 . 이 촉매 는 대량 생산 이 가능 해 알 칼라인 연료전지 의 상용 화 를 앞당길 수 있 을 것 으로 보입니다 . 해당 연구 논문 은 < Applied Catalysis B - Environmental > 에 게재 됐 습니다 . 
 백금 촉매 가 중요 했 던 이유 
 연료전지 는 수소 와 산소 의 전기 화학 반응 으로 전기 를 생산 합니다 . 또한 이산화 탄소 나 질소 산화물 등 공해 물질 의 배출 없이 물 만 배출 하 는 친환경 발전 장치 죠 . 하지만 연료전지 에서 일어나 는 반응 ( 산소 환원 반응 ) 은 느린 속도 로 일어납니다 . 때문 에 이 속도 를 빠르 게 하 는 역할 을 하 는 촉매 는 연료전지 의 발전 효율 을 증가 시킬 수 있 는 핵심 입니다 . 따라서 성능 을 올리 기 위해서 는 촉매 의 역할 이 굉장히 중요 한데요 . 촉매 로 는 주로 백금 계열 촉매 가 사용 돼왔 습니다 . 
 이 백금 반지 , 딱 봐도 비싸 보여 ! 출처 : pixabay 
 백금 은 귀금속 입니다 . 백금 계열 촉매 는 가격 이 비싸 고 특정 지역 에서 만 생산 되 는 한계 를 갖 습니다 . 과학자 들 은 백금 소재 를 대체 하 고자 금속 이나 질소 가 첨가 된 탄소 계 촉매 에 관한 연구 들 을 활발 하 게 진행 하 고 있 습니다 . 현재 까지 개발 된 탄소 계 소재 의 촉매 들 은 우수 한 효율 을 보입니다 . 하지만 그 원리 를 정확히 알 지 못한다는 문제점 등 이 있 어 실제 알 칼라인 연료전지 를 구동 할 수 는 없 었 다고 합니다 . 
 새로운 촉매 의 탄생 
 스프레이 열분해 공정 ( Ultrasonic spray pyrolysis ) 모식도 와 개발 된 중공 입자 구조 촉매 의 합성 과정 . 출처 : KIST 
 KIST 연구 진 은 촉매 로 금속 유기 골격 체 를 활용 했 습니다 . 금속 유기 골격 체 ( Metal Organic Frameworks ) 는 백금 을 대체 할 차세대 촉매 로 꾸준히 보 고 됐 는데요 . 하지만 낮 은 생산 수율 과 후처리 공정 문제 등 으로 상용 화 에 어려움 을 겪 고 있 었 습니다 . 이 에 KIST - 경희대 학교 공동 연구 진 은 , 스프레이 열분해법 을 통해 코발트 및 질소 가 도핑 된 MOF 계 촉매 를 개발 했 습니다 . 
 MOF ( Metal Organic Frameworks ) ? 
 금속 이온 과 유기 리간드 가 결합 해 형성 한 나노 기공 결정 을 말 합니다 . MOF 는 높 은 비표 면적 을 갖 습니다 . 
 제조 된 촉매 와 상용 촉매 산소 화 원 반응 결과 와 알 칼라인 연료전지 구동 시 성능 결과 . 출처 : KIST 
 스프레이 열분해법 은 가습기 또는 노즐 을 이용 해 전구체 를 액 적 으로 만들 고 이 를 고온 의 전기로 를 통과 시켜 분말 을 얻 는 공정 을 말 합니다 . 스프레이 열분해법 은 연속 적 인 공정 으로 대량 생산 이 가능 하 고 공업 용 가습기 를 이용 해 입자 를 만듭니다 . 때문 에 연구 팀 은 필요 한 구조 의 입자 를 쉽 게 제조 할 수 있 었 죠 . 연구 팀 이 개발 한 촉매 는 상용 백금 촉매 보다 40 % 성능 이 향상 됐 다고 합니다 . 
 본 연구 는 스프레이 열분해법 의 도입 으로 MOF 재료 의 대량 생산 의 가능 성 을 갖 습니다 . 때문 에 연구 팀 의 연구 는 연료전지 산소 환원 반응 촉매 분야 및 흡착제 , 배터리 분야 등 다양 한 분야 에 응용 될 수 있 을 것 으로 기대 됩니다 . 또한 연구 팀 은 ' 상온 ' 에서 금속 산화물 로부터 MOF 를 합성 했 습니다 . 덕분 에 이 연구 는 다양 한 금속 산화물 에서 도 응용 될 수 있 을 전망 입니다 . 
 유성종 책임 연구원 . 출처 : KIST 
 이번 연구 를 주도 한 KIST 유성종 박사 는 " 본 연구 는 스프레이 열분해법 의 도입 으로 MOF 계열 촉매 의 성능 향상 뿐 만 아니 라 MOF 재료 의 대량 생산 의 가능 성 을 갖 는다 . 덕분 에 연료전지 산소 환원 반응 촉매 분야 및 흡착제 , 배터리 분야 등 다양 한 분야 에 응용 될 수 있 을 것 으로 기대 한다 " 고 밝혔 습니다 . 
 Im , Kyungmin , et al . " Hollow - sphere Co - NC synthesis by incorporation of ultrasonic spray pyrolysis and pseudomorphic replication and its enhanced activity toward oxygen reduction reaction . " Applied Catalysis B : Environmental 260 ( 2020 ) : 118192 . 
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