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03.29 (금)

반도체 제조기술로 고성능 ‘수소연료전지’ 만든다

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- KIST, 금속 나노입자 친환경 대량생산 합성법 개발

헤럴드경제

[123RF]

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[헤럴드경제=구본혁 기자] 국내 연구진이 반도체 제조기술을 활용해 수소연료전지의 성능을 획기적으로 높일 수 있는 기술을 개발했다.

한국과학기술연구원(KIST)은 수소·연료전지연구센터 유성종 박사 연구팀이 반도체 제조에 쓰이는 금속박막 증착기술인 스퍼터(Sputter) 기술을 이용, 기존 화학반응이 아닌 물리적인 방법으로 나노입자를 합성하는 데 성공했다고 7일 밝혔다.

금속 나노입자는 최근 수소생산을 위한 수전해 시스템과 수소연료전지의 핵심 촉매로 금속 나노입자가 주목받고 있다. 금속 나노입자는 주로 복잡한 화학반응을 통해서 얻어지는데 환경과 인체에 유해한 유기물을 사용하기 때문에 이를 처리하기 위해 추가적인 비용을 부담할 수밖에 없고 합성 조건 또한 매우 까다롭다. 때문에 수소 에너지 체제의 안착을 위해서는 기존 화학적 합성의 단점을 극복할 수 있는 새로운 나노입자 합성법이 필요했다.

KIST 연구팀이 응용한 스퍼터 공정은 반도체 제조과정 중 금속 박막을 입히는 기술인데, 플라즈마를 이용해 큰 금속을 깎아 나노입자로 만들어 기판 위에 증착하여 박막을 이루게 한다. 연구진은 이 공정에서 플라즈마에 의해 나노입자화 된 금속이 박막으로 변화하는 것을 막는 특수한 기판인 ‘글루코스’를 사용해 나노입자를 얻어냈다. 이 합성법은 화학반응이 아닌 플라즈마를 활용한 물리적 증착 원리를 이용했기 때문에 기존 화학적 합성법의 문제점을 극복하고, 간단한 방법으로 금속 나노입자를 합성할 수 있었다.

연구진은 이 기술을 이용해 백금-코발트-바나듐 합금 나노입자 촉매를 합성하고 수소연료전지 전극을 위한 산소 환원 반응용 촉매에 적용했다. 그 결과 수소연료전지용 촉매로 상용화된 백금과 백금-코발트 합금 촉매보다 각각 7배와 3배 높은 촉매 활성을 보이는 것으로 나타났다.

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스퍼터를 이용한 삼원계 합금 나노입자 합성 공정 개요도.[KIST 제공]

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유성종 박사는 “이번 연구를 통해 금속 나노입자가 필요한 모든 연구에 적용할 수 있는 신개념의 합성법을 개발해 수전해, 태양전지, 석유화학 등 금속 나노입자가 필요한 모든 분야의 연구에 활용할 수 있게 됐다”며 “지금까지 구현이 어려웠던 새로운 구조의 합금 나노입자를 수소연료전지를 비롯한 친환경 에너지 기술에 적용해서 완전한 수소경제 안착과 탄소중립 기술 개발에 힘쓰겠다.”라고 밝혔다.

이번 연구결과는 나노입자 분야 국제학술지 ‘나노 투데이’ 최신호에 게재됐다.

nbgkoo@heraldcorp.com

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