한국 연구팀, 단일 원자 촉매 개발
연료전지와 금속-공기 배터리 사용될 저렴한 철 기반
입력 : 2024.08.13
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순간 열처리를 이용한 철 단일원자 촉매 합성 메커니즘
지속 가능한 청정에너지로의 전환을 위해 중요한 역할을 하는 연료전지와 금속-공기 배터리 기술은 현재 백금 촉매를 사용해 전기화학적 산소 환원 반응을 촉진하고 있다. 그러나 백금은 매우 비싼 귀금속으로 경제적인 제약이 크며, 자원이 제한적이기 때문에 대규모 상용화에 큰 장애물이 된다.
한국 연구팀은 이러한 문제를 해결하기 위해 저렴한 철 기반의 단일 원자 촉매를 개발했다. 이 촉매는 경제성과 효율성 측면에서 큰 잠재력을 가지고 있으며, 연료전지와 배터리의 성능을 크게 향상시킬 것으로 기대된다.
연구팀은 철 프탈로시아닌과 그래핀 산화물을 사용해 기존의 합성법보다 훨씬 간단하고 짧은 시간 안에 철 기반 단일 원자 촉매를 합성하는 혁신적인 방법을 개발했다. 순간 열처리라는 새로운 합성법을 도입해 단 150초 만에 열처리 과정을 완료할 수 있으며, 후공정이 필요 없다는 점에서 친환경적이다.
실험 결과 이 촉매는 실제 전기화학 장치에서 탁월한 성능을 입증했다. 이번 연구 결과를 통해 철 단일 원자 촉매 합성 메커니즘을 규명함으로써 다양한 전이금속 기반 촉매 개발에 중요한 지침을 제공할 수 있게 됐다.
유성종 박사는 "순간 열처리 방법을 통해 촉매 합성의 효율성을 높이고, 생산 시간을 크게 단축함으로써 비용 절감이 가능해졌다"라며 "연료전지와 배터리의 성능을 크게 향상시키고 상용화를 촉진하는 데 중요한 역할을 할 것으로 기대된다"라고 말했다.
이번 연구는 과학기술정보통신부와 한국연구재단이 추진하는 나노·소재 기술 개발사업의 지원으로 수행됐으며, 재료공학 분야 국제 학술지 '어드밴스드 머티리얼스'에 온라인 게재됐다.
기사 정정 / 반론
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