원자층 증착공정이 적용된 백금·세륨산화물 촉매 표면 반응 모식도.
연료전지는 최근 관심이 집중되고 있는 수소 기반 경제 및 수소 전기차의 핵심 시스템으로써 높은 효율로 전기 에너지 변환이 가능하면서도 환경적으로 청정하다는 장점으로 인해 최근 활발한 연구 개발이 진행되고 있다. 특히 귀금속 소재 기반의 촉매층은 연료전지 막(MEA)의 핵심 요소로 이의 성능과 내구성을 동시에 향상시키는 것이 중요하다.
안지환 교수팀은 기존의 백금 촉매 입자 표면에 ‘원자층 증착법’을 이용해 얇은(<5nm) 다공성 세륨 산화막 층을 그물과 같은 형상으로 코팅했다. 원자층 증착법은 최신 반도체 공정 중의 하나로 얇은 막을 원자층 단위로 정밀하게 증착할 수 있는 기술이다. 이를 통해 기존 백금 촉매 전극 대비 성능 손실을 최대 50% 감소시키면서도 열적 안정성을 2배 가량 향상시킨 백금·세륨 산화막 복합 촉매 전극을 제작했고, 이를 전고체형 박막 연료전지에 적용해 500℃의 구동온도에서 0.8W/cm2의 높은 성능을 구현했다.
왼쪽부터 안지환 교수, 신정우·오성국·이성제 연구원.
이번 연구는 과기정통부 신진연구자지원사업과 산업통상자원부 창의융합특성화사업 및 고신뢰성 기계부품 전문인력양성사업의 지원을 받아 진행됐고, 안지환 교수팀 외에도 미국 스탠포드대 박준석 박사가 참여했다.
연구개발 결과는 미국 화학회(American Chemical Society)에서 발간하는 응용 소재 분야 최우수 저널인 ACS Applied Materials and Interfaces 의 표지 논문(supplementary cover article)에 뽑히기도 했다.
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