Pt-Co-Ni 인터메탈릭 나노촉매 ‘ISR’ 전략 적용…질량 활성 10배·내구성 96% 유지로 상용화 기대
고려대학교 화학과 이광렬 교수 연구팀이 한국과학기술연구원(KIST) 유성종 박사팀, 성균관대학교 이상욱 교수팀과 공동연구를 통해 수소연료전지의 성능과 내구성을 동시에 끌어올린 차세대 합금 촉매를 개발했다.
해당 연구는 재료·에너지 분야 저널 Advanced Energy Materials에 온라인 게재되었으며 표지 논문으로 선정됐다.
연구진은 기존의 규칙적 인터메탈릭 구조에 일부 원자를 무작위로 배치하는 ‘원자 격자 속 무작위 배치(Inter-Sublattice Random, ISR)’ 전략을 도입했다.
Pt-Co 규칙격자의 일부 코발트를 니켈로 정밀 대체하는 이종 에피택시 성장 기법으로 Pt, Co, Ni가 혼합된 인터메탈릭 나노촉매를 합성했다.
전기화학 평가 결과, 새 촉매는 상용 Pt/C 대비 질량 활성이 10배 이상 향상됐고, 15만 회 이상의 가속 내구성 시험 이후에도 초기 성능의 96% 이상을 유지했다.
실제 연료전지 적용 시험에서도 미국 에너지부(DOE)가 제시한 2025년 기준을 넘는 성능을 보였으며, 고부하 조건에서도 기존 촉매보다 높은 출력을 지속해 수소차 및 발전용 연료전지 적용 가능성을 확인했다.
연구를 이끈 이광렬 교수는 원자 수준에서 구조적 질서와 조성적 무질서를 결합함으로써 기존 백금 합금 촉매의 한계를 극복했다고 설명했다. 본 연구는 리더연구사업, 현대자동차 산학과제, KIST의 지원을 받아 수행됐다.
성영희 기자
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