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'수소전기차'통합검색 결과 입니다. (2건)

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수소전기차 비싸고 수명짧은 이유 '이것'…전지 촉매 원자 이동 경로 3차원 추적 성공

수소연료전지는 에너지 효율이 높고, 이산화탄소를 배출하지 않는 차세대 친환경 에너지원이다. 수소자동차, 발전용 전지, 에너지 저장 장치 등 다양한 분야에서 활용 가능성이 크다. 그러나 수소 전환을 위한 촉매 재료 원가가 너무 비싸다. 내구성(열화현상)이 떨어지는 것도 상용화의 큰 걸림돌이다. 현재 가장 높은 산소환원반응 효율을 보이는 촉매는 백금(Pt)이다. KAIST는 물리학과 양용수 교수와 신소재공학과 조은애 교수 공동 연구팀이 미국 스탠퍼드대학교, 로런스 버클리 국립연구소와 공동으로 연료전지 촉매 내부의 원자 하나하나가 수천 번의 작동 사이클 동안 어떻게 움직이고, 어떤 방식으로 성능이 저하되는지를 3차원으로 직접 추적하는 데 성공했다고 14일 밝혔다. 양용수 교수는 "고성능·고내구성 연료전지 개발을 앞당기는 기반을 마련한 것"이라며 "미래 친환경 교통수단과 에너지 전환에 크게 기여할 것"으로 기대했다. 현재 수소차가 운행되고 있지만, 가격이 비싸고 촉매 열화 가속화로 전지 교체를 자주해야 되기 때문에 그다지 인기는 없다. 연구팀은 열화 원인 규명을 위해 원자 하나하나의 움직임을 3차원으로 관찰하기 위해 인공신경망 기반 원자 전자 단층촬영 기법을 개발했다. 병원에서 사용하는 CT 단층촬영법이 여러 각도에서 X선 영상을 찍어 인체 내부를 3차원으로 보여주는 것과 같은 원리다. 전자현미경을 이용해 다양한 각도에서 고해상도 이미지를 촬영하고, 이를 인공지능 신경망과 결합해 나노 촉매 내부 원자들의 3차원 위치를 정밀하게 재구성했다. 양용수 교수는 "수천 개에 달하는 원자들이 연료전지 작동 과정에서 어떻게 이동하고 변형되는지를 마치 눈으로 들여다보듯 생생하게 관찰했다"고 설명했다. 연구팀은 백금-니켈(이하 PtNi) 합금 나노입자에 수천 번의 전기화학 반응을 일으켜, 각 단계에서 일어나는 촉매 입자의 원자 구조 변화를 3차원으로 분석했다. 그 결과, 일반적인 PtNi 입자에서는 시간이 지남에 따라 입자 형태 변형되고, 니켈이 빠져나가 제 기능을 점차 잃어버리는 현상이 나타났다. 반면 갈륨 원소를 조금 섞어준 촉매 입자에서는 이러한 변화가 거의 없었다. 처음부터 성능도 더 뛰어나고, 오래 사용해도 제성능을 잘 유지했다. 양용수 교수는 “실제 연료전지 촉매의 3차원 열화 과정을 원자 단위에서 정량 추적한 세계 최초 사례"라며 "실험적으로 관측하기 어려웠던 실제 촉매 표면과 내부의 3차원 원자 구조 변화를 직접 측정했다는 점에서 이론 모델이나 시뮬레이션에 의존했던 기존 연구들과 차별점을 갖는다”라고 강조했다. 양 교수는 “고성능·고내구성 연료전지 촉매 설계의 핵심 기반이 될 것"이라며 "AI 기반 정밀 원자구조 분석 기술은 배터리 전극, 메모리 소자 등 다양한 나노소재 연구에도 폭넓게 활용될 것”이라고 전망했다. 연구에는 KAIST 물리학과 정채화 박사, 이주혁 박사, 조혜성 박사, 신소재공학과 이광호 연구원이 공동 제1저자로 참여했다. 연구 결과는 세계적 학술지 네이처 커뮤니케이션즈(Nature Communications) 8월 28일자에 게재됐다.

2025.09.14 12:00박희범 기자

수소차 누적 5만대 '눈앞'…수소 충전·공급망 구축 시급

국내 수소전기차의 보급대수가 늘어나면서 다양한 과제가 떠오르고 있다. 도로를 다니는 수소차가 많아질수록 충전시설과 공급망도 함께 확대가 필요하기 때문이다. 이에 업계에서는 수소 공급망 전체를 총괄하는 기관이 출범해 국가차원의 에너지 통합관리가 필요하다는 목소리가 나온다. 28일 업계에 따르면 국내 수소전기차 누적 보급대수는 지난달 말 기준 3만9천216대이다. 올해 승용 수소전기차 신모델 출시와 함께 1만 3천대 분의 정부 구매보조금이 확정된 점을 고려하면 연내 5만대를 돌파할 것으로 전망된다. 국내 수소전기차는 2018년 현대자동차가 승용 수소전기차 '넥쏘'를 출시하면서 본격적으로 증가하기 시작했다. 이후 2년만에 누적 보급대수 1만대를 넘어섰으며 2023년 3만대에 도달했다. 올해는 넥쏘 후속 모델인 '디 올 뉴 넥쏘'가 출시되고 환경부가 승용차 1.1만대, 수소버스 2천대에 7천218억원 구매 보조금을 확정하면서 수소차 보급대수가 급격히 늘어날 것으로 보고 있다. 수소차 보급이 확대되면서 업계에서는 국가 및 지자체 차원의 관리와 지원정책이 필요하다는 목소리가 커지고 있다. 도심지역 충전소 확충을 통한 충전 편의성 향상과 함께 수소전기차의 경제성이 지속적으로 유지될 수 있도록 수소 공급망을 총괄적으로 관리하는 국가차원의 리더십이 필요하다는 것이다. 현재 전국에 설치된 수소충전소는 4월 말 기준으로 총 218개소에 달한다. 지역별로는 경기가 38개소로 가장 많았으며, 경남 23개소, 충북 22개소 순이다. 이중 서울에는 여의도 국회의사당 정문과 서울시 서소문청사, 서초구 양재동, 강동구 상일동, 강서구 마곡동 등 9곳이 있다. 수도권 충전시설은 서울과 경기를 합해도 47곳으로 일부 도심 충전소는 이용자들의 충전 대기시간을 줄이기 위해 예약제를 도입해 운영하고 있다. 수소전기차가 대중화 초입단계까지 진입하려면 이용자들이 일상생활에서 내연기관처럼 원활하게 운행할 수 있도록 도심 충전소 확충이 필요한 상황이다. 수소 업계 한 전문가는 "전국 관공서와 정부기관, 공기업 등에 최우선적으로 수소충전소를 설치한다면 도심 충전소 개수를 대폭 늘릴 수 있다"며 "도심 내 충전소가 확대되면, 수소전기차 고객들의 편의뿐 아니라 이용자 증가로 충전사업자들의 재무상태도 개선돼 충전소 확대가 가속화될 것"이라고 설명했다. 도심 수소충전소 확충과 함께 수소공급망 관리도 해결해야 할 문제로 떠오르고 있다. 수소전기차 보급이 더욱 활성화되려면 수소 생산·수입에서부터 수송, 유통에 이르기까지 수소 공급망 안정화가 필요하고 이를 위해서는 수소도 전기, 도시가스와 같이 국가차원의 에너지 통합관리가 요구되고 있다. 현재 국내 수소 유통망 관리는 산업부와 한국석유관리원, 한국가스공사 등 여러 부처와 기관에서 담당하고 있으나 수소에너지 가격 안정화를 목적으로 공급망 전체를 총괄적으로 관리하는 전담 기관은 없는 상황이다. 가스와 전력의 경우 국제 에너지 시세가 폭등하더라도 한국가스공사와 한국전력공사 등 공기업이 요금 조정 및 수입선 다변화 등의 시장 개입을 통해 국내 공급 가격 안정화에 나서지만, 수소에너지의 경우 공급과 유통과정에 민간 비중이 높고 정책 개입 수단이 제한적이다. 이 때문에 외부 충격 시 공급 불안정성과 수소 유통단가가 큰 폭으로 흔들릴 가능성이 구조적으로 존재한다는 지적이다. 수소에너지 공급망이 안정되지 않으면 국내외 수소 수급 환경에 따라 수소 공급이 불안정해지고 수소 가격은 요동칠 수밖에 없기 때문에 수소전기차 보급은 물론 수소경제 확산에 상당한 장애가 될 수 있다. 이미 수소 시장 주도권 확보에 사활을 걸고 있는 미국과 일본, 중국 등은 수소를 중요한 대체 에너지원으로 지정하고, 수소를 총괄적으로 담당하는 국가차원의 전담 기관이 있다. 일본은 경제산업성 산하 자원에너지청이 총괄하고 있으며 미국은 에너지부(DOE), 중국은 국가 에너지국이 전담하고 있다. 특히 일본은 정부의 보조금 등 정책적 지원 아래 25개 자동차 제조사 및 인프라 기업들이 참여하고 있는 '제이하임(JHyM)'을 통해 수소충전소 구축과 운영, 유지·보수 등을 체계적으로 관리하고 있다. 미국은 DOE 주도에 총 70억달러(10조원)을 들이고 있다. 중국은 올해부터 수소를 에너지로 격상시켜 국가차원에서 지원을 강화하고 있다. 산업계 관계자는 "수소전기차가 대중화 단계에 돌입하려면 구매 보조금은 물론 충전인프라와 수소가격 등 이용자의 총보유 비용 관점에서 경쟁력을 더욱 높일 수 있도록 수소 밸류체인 전과정에 걸친 정책적 지원이 필요하다"고 말했다. 이어 "이를 위해서는 중장기 목표와 안목 아래 수소의 공급 및 가격 관리 주체를 일원화하고, 수소와 수소전기차 수요 확대에 체계적으로 대응할 수 있는 국가 차원의 수소에너지 전담 기관 신설이 절실한 시점"이라고 강조했다.

2025.04.28 11:19김재성 기자

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