KAIST, 수소생산용 백금촉매 비용 10분의 1로 줄일 방법 찾았다

국내 연구진이 수소 생산에 드는 비용을 획기적으로 개선 가능한 촉매기술을 개발했다. KAIST는 생명화학공학과 이진우 교수 연구팀이 화학과 김형준 교수 연구팀과 공동연구를 통해 고성능 고안정성 귀금속 단일 원자 촉매를 개발했다고 31일 밝혔다. 수전해 셀은 물을 전기화학적으로 분해해 수소를 생산하는 기술이지만, 촉매로 고가의 백금을 사용한다. 제1저자인 김성빈 연구교수는 "백금 사용량을 10분의1로 줄여 수전해 셀의 경제성을 높이는데 성공했다"며 "미국 에너지부(DOE)가 2026년 목표치로 제시한 수전해 셀 성능(3.0/㎠) 및 귀금속 사용량(0.125mg/㎠)을 유일하게 충족시켰다"고 말했다. 연구팀은 귀금속 촉매의 열화 메커니즘을 역이용(자가조립원조 귀금속 동적배치)했다. 이 방법은 1천℃ 이상의 고온에서 귀금속이 자발적이고 선택적으로 탄화물 지지체에 단일원자로 분해돼 안정적으로 담지되는 합성 기술이다. 이 방법으로 개발한 백금 단일 원자 촉매는 기존대비 10분의 1 정도의 백금촉매를 쓰면서도 3.38A/㎠(1.8V)의 성능을 기록했다., 1A/㎠의 산업용 전류밀도에서도 우수한 안정성을 나타냈다. 기존 수전해셀은 통상 ㎠당 2.9A의 성능을 나타낸다. 김성빈 연구교수는 "기존 수전해셀은 통상 ㎠당 2.9A의 성능을 나타낸다"며 "수전해 셀뿐만 아니라 다양한 귀금속 기반 촉매 공정에도 응용할 수 있어 산업적 파급력이 클 것"으로 예상했다. 김 교수는 "수전해 셀 생산 비용 가운데 촉매 비중이 가장 크다"며 "그동안 촉매가 비싸 상용화가 어려웠다"고 설명했다. 김 교수는 현재 한국 및 미국 특허를 출원했다. 이 연구에는 KAIST 생명화학공학과 김성빈 연구교수가 주도하고, UNIST 에너지화학공학과 신승재 교수, KIST 수소연료전지센터 김호영 박사가 공동 제1 저자로 참여했다. 연구 결과는 국제 학술지 `에너지 인바이론멘탈 사이언스' 후면 표지논문(1월 18권)으로 선정됐다.