서울대 공대 화학생물공학부 박정원·류재윤 교수-현대차 공동 연구팀, 수소연료전지 촉매 내구성 고속 평가 기술 개발 및 열화 원인 규명

안영만 기자 / 서울대학교 공과대학은 화학생물공학부 박정원, 류재윤 교수팀이 현대자동차와의 공동연구를 통해 수소연료전지 촉매의 내구성을 신속하게 평가하고, 열화 원인을 규명할 수 있는 혁신적 기술을 개발했다고 밝혔다.

▲왼쪽부터 서울대학교 박정원 화학생물공학부 교수, 류재윤 화학생물공학부 교수, 김성인 화학생물공학부 연구원

이번 연구 결과는 그 탁월성을 인정받아 지난해 12월 24일 화학 분야의 최고 권위 국제 학술지인 ‘미국 화학회지(Journal of the American Chemical Society)’에 온라인 게재됐다.

수소를 연료로 전기를 생산하며 순수한 물만 반응 부산물로 배출하는 청정 에너지 시스템을 갖춘 수소연료전지(PEMFC, Proton Exchange Membrane Fuel Cell)는 화석연료를 대체할 친환경 에너지 기술로 주목받고 있다. 특히 높은 에너지 밀도와 빠른 충전 속도의 차별화된 강점 덕분에 기존 전기자동차의 주행거리와 충전 시간 문제를 보완할 수 있는 차세대 기술로 각광받고 있다.

그러나 전기 생산 반응을 촉진하는 핵심 재료인 연료전지 촉매는 사용 과정에서의 구조적 손상 혹은 촉매 소실로 인해 점차 성능이 감소하는 열화(劣化, degradation) 현상을 수반한다. 이 열화는 수소연료전지 상용화의 큰 걸림돌로 작용하는데, 전지의 수명과 안정성을 저하시켜 시스템의 경제성 감소와 출하 비용 상승을 불러오기 때문이다.

따라서 촉매의 내구성을 높이고 수소연료전지를 안정적으로 장기간 구동하기 위한 근본적 해결책은 열화 원인의 규명이다. 그러나 수소연료전지가 구동되며 전기가 흐르는 액체 전해질 환경에서 수 나노미터 크기 촉매의 구조적 변화를 직접 관찰하는 규명 작업은 기술적으로 매우 어려운 도전 과제로 남아있었다.