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[IT뉴스]백금 뛰어넘는 고성능·고내구성 연료전지 촉매

온카뱅크관리자

2025-05-20 11:27:30

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        <div class="article_view" data-translation-body="true" data-tiara-layer="article_body" data-tiara-action-name="본문이미지확대_클릭"> 
         <section dmcf-sid="fldXMhKGJS">
          <figure class="figure_frm origin_fig" contents-hash="def0ad8f0ad7eec4abbf0c64b95a9696c5a33dd195ab15afa884fda1cd7d023b" dmcf-pid="4SJZRl9Hil" dmcf-ptype="figure">
           <p class="link_figure"><img alt="왼쪽부터 임현섭 광주과학기술원(GIST) 화학과 교수, 홍석원 교수, 홍종욱 한국에너지공과대(KENTECH) 교수, 김현주 GIST 화학과 박사과정생. GIST 제공" class="thumb_g_article" data-org-src="https://t1.daumcdn.net/news/202505/20/dongascience/20250520111818734lldi.jpg" data-org-width="680" dmcf-mid="p0C4s7aVdt" dmcf-mtype="image" height="auto" src="https://img1.daumcdn.net/thumb/R658x0.q70/?fname=https://t1.daumcdn.net/news/202505/20/dongascience/20250520111818734lldi.jpg" width="658"></p>
           <figcaption class="txt_caption default_figure">
            왼쪽부터 임현섭 광주과학기술원(GIST) 화학과 교수, 홍석원 교수, 홍종욱 한국에너지공과대(KENTECH) 교수, 김현주 GIST 화학과 박사과정생. GIST 제공
           </figcaption>
          </figure>
          <p contents-hash="39bb90cc55f1c963525762264222e8f702d90fd41a5c605b69ef894453ab4f37" dmcf-pid="8Tn1dvVZRh" dmcf-ptype="general">국내 연구팀이 연료전지의 핵심 요소인 백금(Pt) 촉매를 뛰어넘는 고성능·고내구성 촉매를 개발했다.</p>
          <p contents-hash="1360de5d8edd566d5694ac6621b9e8f302f8ab3f06fbcdf34bf65c2935e92798" dmcf-pid="6yLtJTf5eC" dmcf-ptype="general"> 광주과학기술원(GIST)은 임현섭 화학과 교수와 홍종욱 한국에너지공과대(KENTECH) 교수 공동연구팀이 상용 백금 촉매보다 전기화학적 성능과 내구성이 우수한 차세대 연료전지용 촉매를 개발했다고 20일 밝혔다. 연구결과는 4월 1일(현지시간) 국제학술지 '케미컬 엔지니어링 저널'에 공개됐다. </p>
          <p contents-hash="bc23f0af492d04eb0268a66fb4819c03f11f4c7de73c20c15d42db7c70bd503b" dmcf-pid="PWoFiy41JI" dmcf-ptype="general"> 연료전지는 산소를 환원시켜 전기를 생산하고 물을 배출하는 산소환원반응이 핵심이다. 산소환원반응은 반응속도가 느리고 에너지가 많이 필요해 고성능 촉매 개발이 필수적이다. 기존 연료전지에서는 귀금속인 백금 기반 촉매가 주로 사용됐다.</p>
          <p contents-hash="aa810d4c1a9b55f42a0719c244100169f7398bcf609cceaf4753b21f609904df" dmcf-pid="QYg3nW8tLO" dmcf-ptype="general"> 연구팀은 팔라듐-셀레나이드(Pd-Se) 기반의 나노구조체에 주목했다. 그동안 Pd-Se 촉매는 보통 원자들이 배열되는 방식인 결정상이 한 종류인 경우를 중심으로 연구됐다. 연구팀은 여러 결정상이 섞인 Pd-Se 혼합상 구조가 전자 이동 경로를 개선하고 촉매로서 반응 활성 부위를 효과적으로 형성하는 데 유리하다는 점을 밝혀냈다.</p>
          <figure class="figure_frm origin_fig" contents-hash="98a077369670ea13eac8d177c1b13f3ce1a718f207d4a520f06e99cc1e8a3647" dmcf-pid="xGa0LY6Fds" dmcf-ptype="figure">
           <p class="link_figure"><img alt="GIST 연구팀이 개발한 팔라듐-셀레나이드(Pd-Se) 혼합상 나노구조체 촉매 원리. 서로 다른 결정상의 경계면에서 효율적으로 산소가 환원된다. GIST 제공" class="thumb_g_article" data-org-src="https://t1.daumcdn.net/news/202505/20/dongascience/20250520111820042lhrj.jpg" data-org-width="680" dmcf-mid="VMqwuoHELv" dmcf-mtype="image" height="auto" src="https://img2.daumcdn.net/thumb/R658x0.q70/?fname=https://t1.daumcdn.net/news/202505/20/dongascience/20250520111820042lhrj.jpg" width="658"></p>
           <figcaption class="txt_caption default_figure">
            GIST 연구팀이 개발한 팔라듐-셀레나이드(Pd-Se) 혼합상 나노구조체 촉매 원리. 서로 다른 결정상의 경계면에서 효율적으로 산소가 환원된다. GIST 제공
           </figcaption>
          </figure>
          <p contents-hash="736fe3272672ff8712b28757ce8e22339e7ae8ec1c485a34aeaa89b7d452ec9c" dmcf-pid="ye3N1RSgem" dmcf-ptype="general">연구팀은 복잡한 공정 없이 열처리만으로 3가지 Pd-Se 결정상이 공존하는 '혼합상 나노구조체'를 합성했다. 서로 다른 결정상 경계면에서 산소환원반응의 반응속도가 빨라지고 에너지 손실이 줄어드는 원리다. </p>
          <p contents-hash="7b408af220dd813f9bf129f093fe095dd27198bc507818545d7a4dd60a044908" dmcf-pid="Wd0jtevair" dmcf-ptype="general"> 연구팀은 물질 내부 전자의 모양과 에너지를 계산하는 밀도범함수 이론(DFT)을 기반으로 Pd-Se 결정상의 전자 구조를 파악했다. 각 결정상은 산소환원반응을 이루는 서로 다른 중간단계를 맡아 전체 반응 효율을 개선한다는 점이 확인됐다.</p>
          <p contents-hash="746df0654e3c451f43203e59c6c4a8c1b5bd10d0c4b3a80458449492e10f1729" dmcf-pid="YJpAFdTNnw" dmcf-ptype="general"> 1000℃에서 합성된 Pd-Se 촉매는 산소환원반응에서 측정된 전압이 0.931볼트(V, 전압의 단위)로 상용화된 기존 백금 기반 촉매보다 높았다. 동일한 조건이라면 산소가 더 적은 에너지로 환원될 수 있다는 뜻이다.</p>
          <p contents-hash="ea26f152df131a7fadb636a575408271ff54a847c273b198e415827247d37a8f" dmcf-pid="GiUc3JyjJD" dmcf-ptype="general"> 촉매를 2만회 반복 사용하는 내구성 테스트 후 전압 변화는 0.007볼트로 높은 안정성도 확인됐다.</p>
          <p contents-hash="4381f03763a887db9eb024e0a5af68299b632447a85a780b8ad40f786c6de0d0" dmcf-pid="Hnuk0iWAME" dmcf-ptype="general"> 임 교수는 "서로 다른 Pd-Se 결정상이 조화를 이루며 전기화학 반응의 각 단계를 최적화할 수 있다는 사실을 실험과 이론 양면에서 입증한 사례"라며 "고성능 연료전지, 금속공기전지, 수전해 시스템 등 차세대 친환경 에너지 분야의 핵심 기술로 활용될 수 있는 가능성이 매우 크다"고 밝혔다.</p>
          <p contents-hash="2a940195a27f3c21ecc5d26b0755a58a029fe6f2362b4e455bbf6d58c2141442" dmcf-pid="XL7EpnYcMk" dmcf-ptype="general"> &lt;참고 자료&gt;<br> - doi.org/10.1016/j.cej.2025.162213</p>
          <p contents-hash="d9863736a5e82963018585e05126ef27f00986ca6d4cf18101f2cc47ae0b0db6" dmcf-pid="ZozDULGkRc" dmcf-ptype="general">[이병구 기자 2bottle9@donga.com]</p>
         </section> 
        </div> 
        <p class="" data-translation="true">Copyright © 동아사이언스. 무단전재 및 재배포 금지.</p>

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