연료전지의 전기 생산 반응을 거꾸로 돌리면 물을 전기분해해서 수소를 생산할 수 있다. 이런 반응이 가능한 연료전지를 '가역연료전지'라고 하며, 대용량 에너지 저장에 응용될 수 있는 에너지 장치로서, 가역연료전지의 성능은 산소극에서 산소 발생 및 환원 반응을 촉진하는 촉매의 활성과 내구성에 의해 좌우되는데, 현재 백금, 이리듐 등의 백금계 귀금속이 촉매로 사용되고 있다. 그러나 백금계 귀금속은 가격과 장기 안정성 측면에서 치명적 단점을 가지고 있다.
세종대학교(총장 신 구) 나노신소재공학과 박준영 교수팀과 UNIST(총장 정무영) 에너지 및 화학공학부 주상훈 교수팀이 공동으로 '가역연료전지'에 쓰일 싸고 효율성 좋은 새로운 촉매를 개발했다.
이번 연구를 수행한 박준영 교수 연구팀과 주상훈 교수 연구팀은 삼중층 페로브스카이트 구조를 갖는 금속 산화물을 기반으로 하여 매우 높은 성능과 내구성을 동시에 구현하면서도 귀금속에 비해 가격을 획기적으로 낮춘 새로운 산소 환원 및 발생 반응 촉매를 개발한 것이다.
또한, 단일층-이중층-삼중층 페로브스카이트 구조와 촉매 활성간의 관계를 체계적으로 규명하여 산소극 촉매반응 활성에서 결함 구조의 역할을 규명했다.
세종대에서 박준영 교수 연구팀이 주도하여 최택집 교수와 서영수 교수가 참여하였고, 촉매 전문가인 UNIST의 주상훈 교수가 공동교신저자로 연구를 수행했다. 그 외에도 성균관대학교 최우석 교수, 한국과학기술연구원 황준연 박사, 포항가속기연구소의 이국승 박사 등이 공동 연구진으로 참여했다.
박준영 교수는 “이번 연구에서 개발된 촉매 소재는 가역연료전지의 상용화를 가속화 시킬 수 있을 뿐만 아니라, 유사한 에너지 장치에도 적용하여 기존 성능을 크게 개선할 수 있을 것”이라고 기대하였고, 주상훈 교수는 “본 연구를 통해 얻은 촉매 활성점에 대한 이해를 바탕으로, 새로운 저가 금속 산화물계의 개발 용이해질 것”이라고 기대했다.
한편 이번 연구는 사이언스 어드밴스(Science Advances) 6월 15일자에 “삼중층 페로브스카이트 구조를 갖는 가역연료전지용 고성능 고내구성 산소극 촉매 소재(Oxygen-deficient triple perovskites as highly active and durable bifunctional electrocatalysts for oxygen electrode reactions)”라는 제목으로 발표됐다.(논문 다운받기)
