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연료전지용 탄소합금 음극촉매의 개발

전문가 제언: ○ 탄소재료를 이용한 에너지 저장 기술분야는 일차전지, 이차전지, 초고용량 커패시터, 연료전지, 원자력발전 등 매우 다양하다. 이들 중에서 전지분야에 이용되는 탄소재료는 그 기능에 따라서, 도전재료, 집전재료, 전극 활물질로 나눌 수 있다. 망간건전지나 알칼리 망간건전지인 일차전지에는 건전지 한가운데 탄소봉(carbon rod)이 들어가서 양극(anode)의 집전체 역할을 한다.

○ 고체 고분자형 연료전지에는 전극반응을 촉진시키기 위해서 백금촉매가 사용된다. 특히 음극은 양극반응에 비해서 반응속도가 느리기 때문에 많은 백금촉매를 필요로 한다. 이 고가의 백금을 다른 물질로 대체하거나 사용량을 줄이는 연구가 지속적으로 이루어지고 있다. 탄소에 백금이나 백금-루테늄을 담지한 연구가 대표적인 사례이다.

○ 여기에 사용되는 탄소재료는 종래에는 그래파이트(graphite), 카본블랙(carbon black) 등이 거론되어 왔다. 최근에는 나노카본(nano carbon), 카본나노튜브(CNT), 카본나노파이버(CNF), 그래핀(graphene) 등도 검토되고 있다. 이들은 각각 제조방법이 다르고, 충방전 특성이 우수한 장점이 있는 반면에 충방전 시에 비가역 용량이 큰 단점도 있다. 본 논문에서는 이와 별도로 고분자 물질과 천이금속원소를 이용하여 새로운 착물을 만들고, 이것을 촉매재료로 검토하였다.

○ 우리나라는 이차전지 분야에서 세계 선도의 위치에 있지만 스마트폰 등에 사용되는 소형 전지에 편중되어 있다. 최근에 삼성SDI, 엘지화학, 등은 이러한 편중 현상을 벗어나기 위하여 자동차용 중대형 연료전지 또는 에너지저장장치(ESS) 등으로 다변화를 시도하고 있다. 최근에는 두산(주) 및 포스코에너지(주)에서도 이 분야의 사업에 참여하고 있다.

○ 그러나 우리나라는 아직 전극재료에 대한 기술은 선진국에 비해서 뒤떨어진다. 현재 정부의 적극적인 지원과 한국과학기술원(KIST) 연료전지 연구센터에서 심도 있는 연구가 진행되고 있다. 앞으로 더욱 확대될 산업전지 분야의 기술을 확보하기 위한 노력이 더욱 절실하다.

저자: Jun-ichi Ozaki
자료유형: 니즈학술정보