촉매 사용량 20분의 1! 수소 kg당 1달러 시대 앞당긴다. - 고가의 이리듐 사용량을 크게 줄이면서도 성능과 내구성을 유지하는 촉매 구현 수전해 설비 대형화 과정의 걸림돌인 수전해 촉매 비용을 낮출 것으로 기대 한국과학기술연구원(KIST, 원장 오상록) 수소·연료전지연구단 김명근 박사, 유성종 박사 연구팀은 고내구성 탄소 지지체를 도입해 이리듐 사용량을 상용 촉매의 1/20 수준으로 줄인 고효율 수전해 촉매를 개발했다고 밝혔다. 최근 전 세계적으로 수소에 대한 수요가 높아지면서 수전해 설비의 대형화를 추진하고 있으나, 수전해 반응에서 가장 우수한 성능과 내구성을 보이는 이리듐 촉매의 높은 가격이 걸림돌로 작용하고 있다. 또한, 이리듐은 남아프리카 등 특정 지역에서만 채굴되기 때문에 공급 불안정성이 높아 이리듐 사용량을 줄인 촉매 개발이 필요하다. 연구팀은 이리듐 촉매의 사용량을 줄이기 위해 고내구성 탄소 지지체를 도입한 저이리듐 촉매를 개발했다. 기존의 탄소 지지체는 수전해 반응 구동 전압인 1.6~2.0 V에서 쉽게 이산화탄소 등으로 산화되기 때문에 안정적인 지지체 개발이 중요한 과제였다. 이를 해결하기 위해 물과의 상호작용이 적은 소수성 탄소를 지지체로 적용한 결과, 이리듐 사용량을 줄이면서도 탄소 부식 반응이 억제되는 것을 확인했다. 또한, 저이리듐 촉매의 내구성을 향상하기 위해 탄소 지지체 위에 셀레늄(Se)을 도입했다. 저이리듐 촉매는 수전해 반응 중 쉽게 변하거나 용출돼 내구성이 빠르게 저하되는 문제가 있었다. 연구팀은 이리듐의 반응 중 변화를 억제하는 기능을 가진 셀레늄을 이용해 이리듐 표면에 얇은 수산화물 층을 형성함으로써 이리듐 용출을 억제했다. 이번에 개발된 저이리듐 촉매를 상용화된 수전해 설비 적용한 결과, 이리듐 사용량을 기존의 1/20 수준인 0.05 mg/cm2으로 줄이면서도 성능이 향상되는 것을 확인했다. 단위면적당 0.05 mg의 이리듐을 도포한 막전극접합체(MEA)를 제작해 고분자 전해질막 수전해(PEMWE) 실험을 진행했을 때, 1.9 V에서 3.18 A/cm²의 전류밀도를 기록해 기존 상용 촉매(2.45 A/cm²)보다 우수한 성능을 보였다. 이번 연구 성과는 이리듐 사용량을 크게 줄이면서도 성능과 내구성을 동시에 유지하는 촉매를 구현해 수소 설비 대형화 과정에서 발생하는 고비용 문제를 해결하고 수소 생산 단가를 낮출 것으로 기대된다. 저이리듐 수전해 기술의 상용화를 위해 다양한 지지체 소재와 촉매 구조를 개발해 수소 생산 효율을 높이기 위한 연구를 수행할 계획이다. KIST 김명근 박사는 “저이리듐 촉매 구현을 위한 지지체 개발 및 촉매 성능 확보를 위한 전략을 함께 제시했다”라며 “대규모 촉매 합성 기술을 접목해 그린수소 생산 단가 낮추고 수소 사회로의 전환에 기여할 것”이라고 말했다. 본 연구는 과학기술정보통신부(장관 유상임)의 지원을 받아 KIST 주요사업 및 나노소재기술개발사업 (2021M3H4A1A02042948) 등으로 수행됐다. 이번 연구 성과는 국제 학술지 「ACS Energy Letters」 (IF 19.5, JCR 분야 3.8%)에 표지논문(Front Cover)로 게재됐다. * 논문명 : Iridium Selenium Oxohydroxide Shell for Polymer Electrolyte Membrane Water Electrolyzer with Low Ir Loading [그림 1] 셀레늄 도입에 따른 표면 수산화물층 형성과 이에 따른 이리듐 산화 및 용출 억제. 이리듐 산화는 이리듐 용출을 야기하는데, 셀레늄 도입 시 일정 시간 이후 산화가 억제되고 금속성 유지됨. [그림 2] 이리듐 로딩량에 따른 성능비교: 기존연구 (속이 빈 심볼), 현 연구 (속이 찬 심볼). 점선: 2050 DOE (미국 에너지부: Department of Energy) 목표의 이미지 X축: 단위면적당 이리듐 사용량을 나타내며 2050 DOE 타겟인 0.2 mg 이하의 결과는 많지 않음. 이리듐 사용량을 줄이면 성능이 우수해 보이지만, 보통 내구성을 동시에 유지하긴 어려움. Y축: 수전해 장치의 작동 전압 (1.6V, 1.9V)에서 이리듐 g 당 전력 값을 나타냄. 전압이 높으면 대개 높은 전력 값을 나타내지만, 내구성을 유지하기 어려움. 본 촉매는 DOE 타겟을 만족하는 이리듐 사용량으로 발표된 저이리듐 촉매 중 가장 높은 무게당 성능을 나타냄. 더 나아가 우수한 내구성 지표도 나타냄. [그림 3] 표지논문(Front Cover) 이미지 탄소 지지체 위에 얹어진 이리듐 나노입자

촉매 사용량 20분의 1! 수소 kg당 1달러 시대 앞당긴다. - 고가의 이리듐 사용량을 크게 줄이면서도 성능과 내구성을 유지하는 촉매 구현 수전해 설비 대형화 과정의 걸림돌인 수전해 촉매 비용을 낮출 것으로 기대 한국과학기술연구원(KIST, 원장 오상록) 수소·연료전지연구단 김명근 박사, 유성종 박사 연구팀은 고내구성 탄소 지지체를 도입해 이리듐 사용량을 상용 촉매의 1/20 수준으로 줄인 고효율 수전해 촉매를 개발했다고 밝혔다. 최근 전 세계적으로 수소에 대한 수요가 높아지면서 수전해 설비의 대형화를 추진하고 있으나, 수전해 반응에서 가장 우수한 성능과 내구성을 보이는 이리듐 촉매의 높은 가격이 걸림돌로 작용하고 있다. 또한, 이리듐은 남아프리카 등 특정 지역에서만 채굴되기 때문에 공급 불안정성이 높아 이리듐 사용량을 줄인 촉매 개발이 필요하다. 연구팀은 이리듐 촉매의 사용량을 줄이기 위해 고내구성 탄소 지지체를 도입한 저이리듐 촉매를 개발했다. 기존의 탄소 지지체는 수전해 반응 구동 전압인 1.6~2.0 V에서 쉽게 이산화탄소 등으로 산화되기 때문에 안정적인 지지체 개발이 중요한 과제였다. 이를 해결하기 위해 물과의 상호작용이 적은 소수성 탄소를 지지체로 적용한 결과, 이리듐 사용량을 줄이면서도 탄소 부식 반응이 억제되는 것을 확인했다. 또한, 저이리듐 촉매의 내구성을 향상하기 위해 탄소 지지체 위에 셀레늄(Se)을 도입했다. 저이리듐 촉매는 수전해 반응 중 쉽게 변하거나 용출돼 내구성이 빠르게 저하되는 문제가 있었다. 연구팀은 이리듐의 반응 중 변화를 억제하는 기능을 가진 셀레늄을 이용해 이리듐 표면에 얇은 수산화물 층을 형성함으로써 이리듐 용출을 억제했다. 이번에 개발된 저이리듐 촉매를 상용화된 수전해 설비 적용한 결과, 이리듐 사용량을 기존의 1/20 수준인 0.05 mg/cm2으로 줄이면서도 성능이 향상되는 것을 확인했다. 단위면적당 0.05 mg의 이리듐을 도포한 막전극접합체(MEA)를 제작해 고분자 전해질막 수전해(PEMWE) 실험을 진행했을 때, 1.9 V에서 3.18 A/cm²의 전류밀도를 기록해 기존 상용 촉매(2.45 A/cm²)보다 우수한 성능을 보였다. 이번 연구 성과는 이리듐 사용량을 크게 줄이면서도 성능과 내구성을 동시에 유지하는 촉매를 구현해 수소 설비 대형화 과정에서 발생하는 고비용 문제를 해결하고 수소 생산 단가를 낮출 것으로 기대된다. 저이리듐 수전해 기술의 상용화를 위해 다양한 지지체 소재와 촉매 구조를 개발해 수소 생산 효율을 높이기 위한 연구를 수행할 계획이다. KIST 김명근 박사는 “저이리듐 촉매 구현을 위한 지지체 개발 및 촉매 성능 확보를 위한 전략을 함께 제시했다”라며 “대규모 촉매 합성 기술을 접목해 그린수소 생산 단가 낮추고 수소 사회로의 전환에 기여할 것”이라고 말했다. 본 연구는 과학기술정보통신부(장관 유상임)의 지원을 받아 KIST 주요사업 및 나노소재기술개발사업 (2021M3H4A1A02042948) 등으로 수행됐다. 이번 연구 성과는 국제 학술지 「ACS Energy Letters」 (IF 19.5, JCR 분야 3.8%)에 표지논문(Front Cover)로 게재됐다. * 논문명 : Iridium Selenium Oxohydroxide Shell for Polymer Electrolyte Membrane Water Electrolyzer with Low Ir Loading [그림 1] 셀레늄 도입에 따른 표면 수산화물층 형성과 이에 따른 이리듐 산화 및 용출 억제. 이리듐 산화는 이리듐 용출을 야기하는데, 셀레늄 도입 시 일정 시간 이후 산화가 억제되고 금속성 유지됨. [그림 2] 이리듐 로딩량에 따른 성능비교: 기존연구 (속이 빈 심볼), 현 연구 (속이 찬 심볼). 점선: 2050 DOE (미국 에너지부: Department of Energy) 목표의 이미지 X축: 단위면적당 이리듐 사용량을 나타내며 2050 DOE 타겟인 0.2 mg 이하의 결과는 많지 않음. 이리듐 사용량을 줄이면 성능이 우수해 보이지만, 보통 내구성을 동시에 유지하긴 어려움. Y축: 수전해 장치의 작동 전압 (1.6V, 1.9V)에서 이리듐 g 당 전력 값을 나타냄. 전압이 높으면 대개 높은 전력 값을 나타내지만, 내구성을 유지하기 어려움. 본 촉매는 DOE 타겟을 만족하는 이리듐 사용량으로 발표된 저이리듐 촉매 중 가장 높은 무게당 성능을 나타냄. 더 나아가 우수한 내구성 지표도 나타냄. [그림 3] 표지논문(Front Cover) 이미지 탄소 지지체 위에 얹어진 이리듐 나노입자

촉매 사용량 20분의 1! 수소 kg당 1달러 시대 앞당긴다. - 고가의 이리듐 사용량을 크게 줄이면서도 성능과 내구성을 유지하는 촉매 구현 수전해 설비 대형화 과정의 걸림돌인 수전해 촉매 비용을 낮출 것으로 기대 한국과학기술연구원(KIST, 원장 오상록) 수소·연료전지연구단 김명근 박사, 유성종 박사 연구팀은 고내구성 탄소 지지체를 도입해 이리듐 사용량을 상용 촉매의 1/20 수준으로 줄인 고효율 수전해 촉매를 개발했다고 밝혔다. 최근 전 세계적으로 수소에 대한 수요가 높아지면서 수전해 설비의 대형화를 추진하고 있으나, 수전해 반응에서 가장 우수한 성능과 내구성을 보이는 이리듐 촉매의 높은 가격이 걸림돌로 작용하고 있다. 또한, 이리듐은 남아프리카 등 특정 지역에서만 채굴되기 때문에 공급 불안정성이 높아 이리듐 사용량을 줄인 촉매 개발이 필요하다. 연구팀은 이리듐 촉매의 사용량을 줄이기 위해 고내구성 탄소 지지체를 도입한 저이리듐 촉매를 개발했다. 기존의 탄소 지지체는 수전해 반응 구동 전압인 1.6~2.0 V에서 쉽게 이산화탄소 등으로 산화되기 때문에 안정적인 지지체 개발이 중요한 과제였다. 이를 해결하기 위해 물과의 상호작용이 적은 소수성 탄소를 지지체로 적용한 결과, 이리듐 사용량을 줄이면서도 탄소 부식 반응이 억제되는 것을 확인했다. 또한, 저이리듐 촉매의 내구성을 향상하기 위해 탄소 지지체 위에 셀레늄(Se)을 도입했다. 저이리듐 촉매는 수전해 반응 중 쉽게 변하거나 용출돼 내구성이 빠르게 저하되는 문제가 있었다. 연구팀은 이리듐의 반응 중 변화를 억제하는 기능을 가진 셀레늄을 이용해 이리듐 표면에 얇은 수산화물 층을 형성함으로써 이리듐 용출을 억제했다. 이번에 개발된 저이리듐 촉매를 상용화된 수전해 설비 적용한 결과, 이리듐 사용량을 기존의 1/20 수준인 0.05 mg/cm2으로 줄이면서도 성능이 향상되는 것을 확인했다. 단위면적당 0.05 mg의 이리듐을 도포한 막전극접합체(MEA)를 제작해 고분자 전해질막 수전해(PEMWE) 실험을 진행했을 때, 1.9 V에서 3.18 A/cm²의 전류밀도를 기록해 기존 상용 촉매(2.45 A/cm²)보다 우수한 성능을 보였다. 이번 연구 성과는 이리듐 사용량을 크게 줄이면서도 성능과 내구성을 동시에 유지하는 촉매를 구현해 수소 설비 대형화 과정에서 발생하는 고비용 문제를 해결하고 수소 생산 단가를 낮출 것으로 기대된다. 저이리듐 수전해 기술의 상용화를 위해 다양한 지지체 소재와 촉매 구조를 개발해 수소 생산 효율을 높이기 위한 연구를 수행할 계획이다. KIST 김명근 박사는 “저이리듐 촉매 구현을 위한 지지체 개발 및 촉매 성능 확보를 위한 전략을 함께 제시했다”라며 “대규모 촉매 합성 기술을 접목해 그린수소 생산 단가 낮추고 수소 사회로의 전환에 기여할 것”이라고 말했다. 본 연구는 과학기술정보통신부(장관 유상임)의 지원을 받아 KIST 주요사업 및 나노소재기술개발사업 (2021M3H4A1A02042948) 등으로 수행됐다. 이번 연구 성과는 국제 학술지 「ACS Energy Letters」 (IF 19.5, JCR 분야 3.8%)에 표지논문(Front Cover)로 게재됐다. * 논문명 : Iridium Selenium Oxohydroxide Shell for Polymer Electrolyte Membrane Water Electrolyzer with Low Ir Loading [그림 1] 셀레늄 도입에 따른 표면 수산화물층 형성과 이에 따른 이리듐 산화 및 용출 억제. 이리듐 산화는 이리듐 용출을 야기하는데, 셀레늄 도입 시 일정 시간 이후 산화가 억제되고 금속성 유지됨. [그림 2] 이리듐 로딩량에 따른 성능비교: 기존연구 (속이 빈 심볼), 현 연구 (속이 찬 심볼). 점선: 2050 DOE (미국 에너지부: Department of Energy) 목표의 이미지 X축: 단위면적당 이리듐 사용량을 나타내며 2050 DOE 타겟인 0.2 mg 이하의 결과는 많지 않음. 이리듐 사용량을 줄이면 성능이 우수해 보이지만, 보통 내구성을 동시에 유지하긴 어려움. Y축: 수전해 장치의 작동 전압 (1.6V, 1.9V)에서 이리듐 g 당 전력 값을 나타냄. 전압이 높으면 대개 높은 전력 값을 나타내지만, 내구성을 유지하기 어려움. 본 촉매는 DOE 타겟을 만족하는 이리듐 사용량으로 발표된 저이리듐 촉매 중 가장 높은 무게당 성능을 나타냄. 더 나아가 우수한 내구성 지표도 나타냄. [그림 3] 표지논문(Front Cover) 이미지 탄소 지지체 위에 얹어진 이리듐 나노입자

촉매 사용량 20분의 1! 수소 kg당 1달러 시대 앞당긴다. - 고가의 이리듐 사용량을 크게 줄이면서도 성능과 내구성을 유지하는 촉매 구현 수전해 설비 대형화 과정의 걸림돌인 수전해 촉매 비용을 낮출 것으로 기대 한국과학기술연구원(KIST, 원장 오상록) 수소·연료전지연구단 김명근 박사, 유성종 박사 연구팀은 고내구성 탄소 지지체를 도입해 이리듐 사용량을 상용 촉매의 1/20 수준으로 줄인 고효율 수전해 촉매를 개발했다고 밝혔다. 최근 전 세계적으로 수소에 대한 수요가 높아지면서 수전해 설비의 대형화를 추진하고 있으나, 수전해 반응에서 가장 우수한 성능과 내구성을 보이는 이리듐 촉매의 높은 가격이 걸림돌로 작용하고 있다. 또한, 이리듐은 남아프리카 등 특정 지역에서만 채굴되기 때문에 공급 불안정성이 높아 이리듐 사용량을 줄인 촉매 개발이 필요하다. 연구팀은 이리듐 촉매의 사용량을 줄이기 위해 고내구성 탄소 지지체를 도입한 저이리듐 촉매를 개발했다. 기존의 탄소 지지체는 수전해 반응 구동 전압인 1.6~2.0 V에서 쉽게 이산화탄소 등으로 산화되기 때문에 안정적인 지지체 개발이 중요한 과제였다. 이를 해결하기 위해 물과의 상호작용이 적은 소수성 탄소를 지지체로 적용한 결과, 이리듐 사용량을 줄이면서도 탄소 부식 반응이 억제되는 것을 확인했다. 또한, 저이리듐 촉매의 내구성을 향상하기 위해 탄소 지지체 위에 셀레늄(Se)을 도입했다. 저이리듐 촉매는 수전해 반응 중 쉽게 변하거나 용출돼 내구성이 빠르게 저하되는 문제가 있었다. 연구팀은 이리듐의 반응 중 변화를 억제하는 기능을 가진 셀레늄을 이용해 이리듐 표면에 얇은 수산화물 층을 형성함으로써 이리듐 용출을 억제했다. 이번에 개발된 저이리듐 촉매를 상용화된 수전해 설비 적용한 결과, 이리듐 사용량을 기존의 1/20 수준인 0.05 mg/cm2으로 줄이면서도 성능이 향상되는 것을 확인했다. 단위면적당 0.05 mg의 이리듐을 도포한 막전극접합체(MEA)를 제작해 고분자 전해질막 수전해(PEMWE) 실험을 진행했을 때, 1.9 V에서 3.18 A/cm²의 전류밀도를 기록해 기존 상용 촉매(2.45 A/cm²)보다 우수한 성능을 보였다. 이번 연구 성과는 이리듐 사용량을 크게 줄이면서도 성능과 내구성을 동시에 유지하는 촉매를 구현해 수소 설비 대형화 과정에서 발생하는 고비용 문제를 해결하고 수소 생산 단가를 낮출 것으로 기대된다. 저이리듐 수전해 기술의 상용화를 위해 다양한 지지체 소재와 촉매 구조를 개발해 수소 생산 효율을 높이기 위한 연구를 수행할 계획이다. KIST 김명근 박사는 “저이리듐 촉매 구현을 위한 지지체 개발 및 촉매 성능 확보를 위한 전략을 함께 제시했다”라며 “대규모 촉매 합성 기술을 접목해 그린수소 생산 단가 낮추고 수소 사회로의 전환에 기여할 것”이라고 말했다. 본 연구는 과학기술정보통신부(장관 유상임)의 지원을 받아 KIST 주요사업 및 나노소재기술개발사업 (2021M3H4A1A02042948) 등으로 수행됐다. 이번 연구 성과는 국제 학술지 「ACS Energy Letters」 (IF 19.5, JCR 분야 3.8%)에 표지논문(Front Cover)로 게재됐다. * 논문명 : Iridium Selenium Oxohydroxide Shell for Polymer Electrolyte Membrane Water Electrolyzer with Low Ir Loading [그림 1] 셀레늄 도입에 따른 표면 수산화물층 형성과 이에 따른 이리듐 산화 및 용출 억제. 이리듐 산화는 이리듐 용출을 야기하는데, 셀레늄 도입 시 일정 시간 이후 산화가 억제되고 금속성 유지됨. [그림 2] 이리듐 로딩량에 따른 성능비교: 기존연구 (속이 빈 심볼), 현 연구 (속이 찬 심볼). 점선: 2050 DOE (미국 에너지부: Department of Energy) 목표의 이미지 X축: 단위면적당 이리듐 사용량을 나타내며 2050 DOE 타겟인 0.2 mg 이하의 결과는 많지 않음. 이리듐 사용량을 줄이면 성능이 우수해 보이지만, 보통 내구성을 동시에 유지하긴 어려움. Y축: 수전해 장치의 작동 전압 (1.6V, 1.9V)에서 이리듐 g 당 전력 값을 나타냄. 전압이 높으면 대개 높은 전력 값을 나타내지만, 내구성을 유지하기 어려움. 본 촉매는 DOE 타겟을 만족하는 이리듐 사용량으로 발표된 저이리듐 촉매 중 가장 높은 무게당 성능을 나타냄. 더 나아가 우수한 내구성 지표도 나타냄. [그림 3] 표지논문(Front Cover) 이미지 탄소 지지체 위에 얹어진 이리듐 나노입자

촉매 사용량 20분의 1! 수소 kg당 1달러 시대 앞당긴다. - 고가의 이리듐 사용량을 크게 줄이면서도 성능과 내구성을 유지하는 촉매 구현 수전해 설비 대형화 과정의 걸림돌인 수전해 촉매 비용을 낮출 것으로 기대 한국과학기술연구원(KIST, 원장 오상록) 수소·연료전지연구단 김명근 박사, 유성종 박사 연구팀은 고내구성 탄소 지지체를 도입해 이리듐 사용량을 상용 촉매의 1/20 수준으로 줄인 고효율 수전해 촉매를 개발했다고 밝혔다. 최근 전 세계적으로 수소에 대한 수요가 높아지면서 수전해 설비의 대형화를 추진하고 있으나, 수전해 반응에서 가장 우수한 성능과 내구성을 보이는 이리듐 촉매의 높은 가격이 걸림돌로 작용하고 있다. 또한, 이리듐은 남아프리카 등 특정 지역에서만 채굴되기 때문에 공급 불안정성이 높아 이리듐 사용량을 줄인 촉매 개발이 필요하다. 연구팀은 이리듐 촉매의 사용량을 줄이기 위해 고내구성 탄소 지지체를 도입한 저이리듐 촉매를 개발했다. 기존의 탄소 지지체는 수전해 반응 구동 전압인 1.6~2.0 V에서 쉽게 이산화탄소 등으로 산화되기 때문에 안정적인 지지체 개발이 중요한 과제였다. 이를 해결하기 위해 물과의 상호작용이 적은 소수성 탄소를 지지체로 적용한 결과, 이리듐 사용량을 줄이면서도 탄소 부식 반응이 억제되는 것을 확인했다. 또한, 저이리듐 촉매의 내구성을 향상하기 위해 탄소 지지체 위에 셀레늄(Se)을 도입했다. 저이리듐 촉매는 수전해 반응 중 쉽게 변하거나 용출돼 내구성이 빠르게 저하되는 문제가 있었다. 연구팀은 이리듐의 반응 중 변화를 억제하는 기능을 가진 셀레늄을 이용해 이리듐 표면에 얇은 수산화물 층을 형성함으로써 이리듐 용출을 억제했다. 이번에 개발된 저이리듐 촉매를 상용화된 수전해 설비 적용한 결과, 이리듐 사용량을 기존의 1/20 수준인 0.05 mg/cm2으로 줄이면서도 성능이 향상되는 것을 확인했다. 단위면적당 0.05 mg의 이리듐을 도포한 막전극접합체(MEA)를 제작해 고분자 전해질막 수전해(PEMWE) 실험을 진행했을 때, 1.9 V에서 3.18 A/cm²의 전류밀도를 기록해 기존 상용 촉매(2.45 A/cm²)보다 우수한 성능을 보였다. 이번 연구 성과는 이리듐 사용량을 크게 줄이면서도 성능과 내구성을 동시에 유지하는 촉매를 구현해 수소 설비 대형화 과정에서 발생하는 고비용 문제를 해결하고 수소 생산 단가를 낮출 것으로 기대된다. 저이리듐 수전해 기술의 상용화를 위해 다양한 지지체 소재와 촉매 구조를 개발해 수소 생산 효율을 높이기 위한 연구를 수행할 계획이다. KIST 김명근 박사는 “저이리듐 촉매 구현을 위한 지지체 개발 및 촉매 성능 확보를 위한 전략을 함께 제시했다”라며 “대규모 촉매 합성 기술을 접목해 그린수소 생산 단가 낮추고 수소 사회로의 전환에 기여할 것”이라고 말했다. 본 연구는 과학기술정보통신부(장관 유상임)의 지원을 받아 KIST 주요사업 및 나노소재기술개발사업 (2021M3H4A1A02042948) 등으로 수행됐다. 이번 연구 성과는 국제 학술지 「ACS Energy Letters」 (IF 19.5, JCR 분야 3.8%)에 표지논문(Front Cover)로 게재됐다. * 논문명 : Iridium Selenium Oxohydroxide Shell for Polymer Electrolyte Membrane Water Electrolyzer with Low Ir Loading [그림 1] 셀레늄 도입에 따른 표면 수산화물층 형성과 이에 따른 이리듐 산화 및 용출 억제. 이리듐 산화는 이리듐 용출을 야기하는데, 셀레늄 도입 시 일정 시간 이후 산화가 억제되고 금속성 유지됨. [그림 2] 이리듐 로딩량에 따른 성능비교: 기존연구 (속이 빈 심볼), 현 연구 (속이 찬 심볼). 점선: 2050 DOE (미국 에너지부: Department of Energy) 목표의 이미지 X축: 단위면적당 이리듐 사용량을 나타내며 2050 DOE 타겟인 0.2 mg 이하의 결과는 많지 않음. 이리듐 사용량을 줄이면 성능이 우수해 보이지만, 보통 내구성을 동시에 유지하긴 어려움. Y축: 수전해 장치의 작동 전압 (1.6V, 1.9V)에서 이리듐 g 당 전력 값을 나타냄. 전압이 높으면 대개 높은 전력 값을 나타내지만, 내구성을 유지하기 어려움. 본 촉매는 DOE 타겟을 만족하는 이리듐 사용량으로 발표된 저이리듐 촉매 중 가장 높은 무게당 성능을 나타냄. 더 나아가 우수한 내구성 지표도 나타냄. [그림 3] 표지논문(Front Cover) 이미지 탄소 지지체 위에 얹어진 이리듐 나노입자

촉매 사용량 20분의 1! 수소 kg당 1달러 시대 앞당긴다. - 고가의 이리듐 사용량을 크게 줄이면서도 성능과 내구성을 유지하는 촉매 구현 수전해 설비 대형화 과정의 걸림돌인 수전해 촉매 비용을 낮출 것으로 기대 한국과학기술연구원(KIST, 원장 오상록) 수소·연료전지연구단 김명근 박사, 유성종 박사 연구팀은 고내구성 탄소 지지체를 도입해 이리듐 사용량을 상용 촉매의 1/20 수준으로 줄인 고효율 수전해 촉매를 개발했다고 밝혔다. 최근 전 세계적으로 수소에 대한 수요가 높아지면서 수전해 설비의 대형화를 추진하고 있으나, 수전해 반응에서 가장 우수한 성능과 내구성을 보이는 이리듐 촉매의 높은 가격이 걸림돌로 작용하고 있다. 또한, 이리듐은 남아프리카 등 특정 지역에서만 채굴되기 때문에 공급 불안정성이 높아 이리듐 사용량을 줄인 촉매 개발이 필요하다. 연구팀은 이리듐 촉매의 사용량을 줄이기 위해 고내구성 탄소 지지체를 도입한 저이리듐 촉매를 개발했다. 기존의 탄소 지지체는 수전해 반응 구동 전압인 1.6~2.0 V에서 쉽게 이산화탄소 등으로 산화되기 때문에 안정적인 지지체 개발이 중요한 과제였다. 이를 해결하기 위해 물과의 상호작용이 적은 소수성 탄소를 지지체로 적용한 결과, 이리듐 사용량을 줄이면서도 탄소 부식 반응이 억제되는 것을 확인했다. 또한, 저이리듐 촉매의 내구성을 향상하기 위해 탄소 지지체 위에 셀레늄(Se)을 도입했다. 저이리듐 촉매는 수전해 반응 중 쉽게 변하거나 용출돼 내구성이 빠르게 저하되는 문제가 있었다. 연구팀은 이리듐의 반응 중 변화를 억제하는 기능을 가진 셀레늄을 이용해 이리듐 표면에 얇은 수산화물 층을 형성함으로써 이리듐 용출을 억제했다. 이번에 개발된 저이리듐 촉매를 상용화된 수전해 설비 적용한 결과, 이리듐 사용량을 기존의 1/20 수준인 0.05 mg/cm2으로 줄이면서도 성능이 향상되는 것을 확인했다. 단위면적당 0.05 mg의 이리듐을 도포한 막전극접합체(MEA)를 제작해 고분자 전해질막 수전해(PEMWE) 실험을 진행했을 때, 1.9 V에서 3.18 A/cm²의 전류밀도를 기록해 기존 상용 촉매(2.45 A/cm²)보다 우수한 성능을 보였다. 이번 연구 성과는 이리듐 사용량을 크게 줄이면서도 성능과 내구성을 동시에 유지하는 촉매를 구현해 수소 설비 대형화 과정에서 발생하는 고비용 문제를 해결하고 수소 생산 단가를 낮출 것으로 기대된다. 저이리듐 수전해 기술의 상용화를 위해 다양한 지지체 소재와 촉매 구조를 개발해 수소 생산 효율을 높이기 위한 연구를 수행할 계획이다. KIST 김명근 박사는 “저이리듐 촉매 구현을 위한 지지체 개발 및 촉매 성능 확보를 위한 전략을 함께 제시했다”라며 “대규모 촉매 합성 기술을 접목해 그린수소 생산 단가 낮추고 수소 사회로의 전환에 기여할 것”이라고 말했다. 본 연구는 과학기술정보통신부(장관 유상임)의 지원을 받아 KIST 주요사업 및 나노소재기술개발사업 (2021M3H4A1A02042948) 등으로 수행됐다. 이번 연구 성과는 국제 학술지 「ACS Energy Letters」 (IF 19.5, JCR 분야 3.8%)에 표지논문(Front Cover)로 게재됐다. * 논문명 : Iridium Selenium Oxohydroxide Shell for Polymer Electrolyte Membrane Water Electrolyzer with Low Ir Loading [그림 1] 셀레늄 도입에 따른 표면 수산화물층 형성과 이에 따른 이리듐 산화 및 용출 억제. 이리듐 산화는 이리듐 용출을 야기하는데, 셀레늄 도입 시 일정 시간 이후 산화가 억제되고 금속성 유지됨. [그림 2] 이리듐 로딩량에 따른 성능비교: 기존연구 (속이 빈 심볼), 현 연구 (속이 찬 심볼). 점선: 2050 DOE (미국 에너지부: Department of Energy) 목표의 이미지 X축: 단위면적당 이리듐 사용량을 나타내며 2050 DOE 타겟인 0.2 mg 이하의 결과는 많지 않음. 이리듐 사용량을 줄이면 성능이 우수해 보이지만, 보통 내구성을 동시에 유지하긴 어려움. Y축: 수전해 장치의 작동 전압 (1.6V, 1.9V)에서 이리듐 g 당 전력 값을 나타냄. 전압이 높으면 대개 높은 전력 값을 나타내지만, 내구성을 유지하기 어려움. 본 촉매는 DOE 타겟을 만족하는 이리듐 사용량으로 발표된 저이리듐 촉매 중 가장 높은 무게당 성능을 나타냄. 더 나아가 우수한 내구성 지표도 나타냄. [그림 3] 표지논문(Front Cover) 이미지 탄소 지지체 위에 얹어진 이리듐 나노입자

촉매 사용량 20분의 1! 수소 kg당 1달러 시대 앞당긴다. - 고가의 이리듐 사용량을 크게 줄이면서도 성능과 내구성을 유지하는 촉매 구현 수전해 설비 대형화 과정의 걸림돌인 수전해 촉매 비용을 낮출 것으로 기대 한국과학기술연구원(KIST, 원장 오상록) 수소·연료전지연구단 김명근 박사, 유성종 박사 연구팀은 고내구성 탄소 지지체를 도입해 이리듐 사용량을 상용 촉매의 1/20 수준으로 줄인 고효율 수전해 촉매를 개발했다고 밝혔다. 최근 전 세계적으로 수소에 대한 수요가 높아지면서 수전해 설비의 대형화를 추진하고 있으나, 수전해 반응에서 가장 우수한 성능과 내구성을 보이는 이리듐 촉매의 높은 가격이 걸림돌로 작용하고 있다. 또한, 이리듐은 남아프리카 등 특정 지역에서만 채굴되기 때문에 공급 불안정성이 높아 이리듐 사용량을 줄인 촉매 개발이 필요하다. 연구팀은 이리듐 촉매의 사용량을 줄이기 위해 고내구성 탄소 지지체를 도입한 저이리듐 촉매를 개발했다. 기존의 탄소 지지체는 수전해 반응 구동 전압인 1.6~2.0 V에서 쉽게 이산화탄소 등으로 산화되기 때문에 안정적인 지지체 개발이 중요한 과제였다. 이를 해결하기 위해 물과의 상호작용이 적은 소수성 탄소를 지지체로 적용한 결과, 이리듐 사용량을 줄이면서도 탄소 부식 반응이 억제되는 것을 확인했다. 또한, 저이리듐 촉매의 내구성을 향상하기 위해 탄소 지지체 위에 셀레늄(Se)을 도입했다. 저이리듐 촉매는 수전해 반응 중 쉽게 변하거나 용출돼 내구성이 빠르게 저하되는 문제가 있었다. 연구팀은 이리듐의 반응 중 변화를 억제하는 기능을 가진 셀레늄을 이용해 이리듐 표면에 얇은 수산화물 층을 형성함으로써 이리듐 용출을 억제했다. 이번에 개발된 저이리듐 촉매를 상용화된 수전해 설비 적용한 결과, 이리듐 사용량을 기존의 1/20 수준인 0.05 mg/cm2으로 줄이면서도 성능이 향상되는 것을 확인했다. 단위면적당 0.05 mg의 이리듐을 도포한 막전극접합체(MEA)를 제작해 고분자 전해질막 수전해(PEMWE) 실험을 진행했을 때, 1.9 V에서 3.18 A/cm²의 전류밀도를 기록해 기존 상용 촉매(2.45 A/cm²)보다 우수한 성능을 보였다. 이번 연구 성과는 이리듐 사용량을 크게 줄이면서도 성능과 내구성을 동시에 유지하는 촉매를 구현해 수소 설비 대형화 과정에서 발생하는 고비용 문제를 해결하고 수소 생산 단가를 낮출 것으로 기대된다. 저이리듐 수전해 기술의 상용화를 위해 다양한 지지체 소재와 촉매 구조를 개발해 수소 생산 효율을 높이기 위한 연구를 수행할 계획이다. KIST 김명근 박사는 “저이리듐 촉매 구현을 위한 지지체 개발 및 촉매 성능 확보를 위한 전략을 함께 제시했다”라며 “대규모 촉매 합성 기술을 접목해 그린수소 생산 단가 낮추고 수소 사회로의 전환에 기여할 것”이라고 말했다. 본 연구는 과학기술정보통신부(장관 유상임)의 지원을 받아 KIST 주요사업 및 나노소재기술개발사업 (2021M3H4A1A02042948) 등으로 수행됐다. 이번 연구 성과는 국제 학술지 「ACS Energy Letters」 (IF 19.5, JCR 분야 3.8%)에 표지논문(Front Cover)로 게재됐다. * 논문명 : Iridium Selenium Oxohydroxide Shell for Polymer Electrolyte Membrane Water Electrolyzer with Low Ir Loading [그림 1] 셀레늄 도입에 따른 표면 수산화물층 형성과 이에 따른 이리듐 산화 및 용출 억제. 이리듐 산화는 이리듐 용출을 야기하는데, 셀레늄 도입 시 일정 시간 이후 산화가 억제되고 금속성 유지됨. [그림 2] 이리듐 로딩량에 따른 성능비교: 기존연구 (속이 빈 심볼), 현 연구 (속이 찬 심볼). 점선: 2050 DOE (미국 에너지부: Department of Energy) 목표의 이미지 X축: 단위면적당 이리듐 사용량을 나타내며 2050 DOE 타겟인 0.2 mg 이하의 결과는 많지 않음. 이리듐 사용량을 줄이면 성능이 우수해 보이지만, 보통 내구성을 동시에 유지하긴 어려움. Y축: 수전해 장치의 작동 전압 (1.6V, 1.9V)에서 이리듐 g 당 전력 값을 나타냄. 전압이 높으면 대개 높은 전력 값을 나타내지만, 내구성을 유지하기 어려움. 본 촉매는 DOE 타겟을 만족하는 이리듐 사용량으로 발표된 저이리듐 촉매 중 가장 높은 무게당 성능을 나타냄. 더 나아가 우수한 내구성 지표도 나타냄. [그림 3] 표지논문(Front Cover) 이미지 탄소 지지체 위에 얹어진 이리듐 나노입자

촉매 사용량 20분의 1! 수소 kg당 1달러 시대 앞당긴다. - 고가의 이리듐 사용량을 크게 줄이면서도 성능과 내구성을 유지하는 촉매 구현 수전해 설비 대형화 과정의 걸림돌인 수전해 촉매 비용을 낮출 것으로 기대 한국과학기술연구원(KIST, 원장 오상록) 수소·연료전지연구단 김명근 박사, 유성종 박사 연구팀은 고내구성 탄소 지지체를 도입해 이리듐 사용량을 상용 촉매의 1/20 수준으로 줄인 고효율 수전해 촉매를 개발했다고 밝혔다. 최근 전 세계적으로 수소에 대한 수요가 높아지면서 수전해 설비의 대형화를 추진하고 있으나, 수전해 반응에서 가장 우수한 성능과 내구성을 보이는 이리듐 촉매의 높은 가격이 걸림돌로 작용하고 있다. 또한, 이리듐은 남아프리카 등 특정 지역에서만 채굴되기 때문에 공급 불안정성이 높아 이리듐 사용량을 줄인 촉매 개발이 필요하다. 연구팀은 이리듐 촉매의 사용량을 줄이기 위해 고내구성 탄소 지지체를 도입한 저이리듐 촉매를 개발했다. 기존의 탄소 지지체는 수전해 반응 구동 전압인 1.6~2.0 V에서 쉽게 이산화탄소 등으로 산화되기 때문에 안정적인 지지체 개발이 중요한 과제였다. 이를 해결하기 위해 물과의 상호작용이 적은 소수성 탄소를 지지체로 적용한 결과, 이리듐 사용량을 줄이면서도 탄소 부식 반응이 억제되는 것을 확인했다. 또한, 저이리듐 촉매의 내구성을 향상하기 위해 탄소 지지체 위에 셀레늄(Se)을 도입했다. 저이리듐 촉매는 수전해 반응 중 쉽게 변하거나 용출돼 내구성이 빠르게 저하되는 문제가 있었다. 연구팀은 이리듐의 반응 중 변화를 억제하는 기능을 가진 셀레늄을 이용해 이리듐 표면에 얇은 수산화물 층을 형성함으로써 이리듐 용출을 억제했다. 이번에 개발된 저이리듐 촉매를 상용화된 수전해 설비 적용한 결과, 이리듐 사용량을 기존의 1/20 수준인 0.05 mg/cm2으로 줄이면서도 성능이 향상되는 것을 확인했다. 단위면적당 0.05 mg의 이리듐을 도포한 막전극접합체(MEA)를 제작해 고분자 전해질막 수전해(PEMWE) 실험을 진행했을 때, 1.9 V에서 3.18 A/cm²의 전류밀도를 기록해 기존 상용 촉매(2.45 A/cm²)보다 우수한 성능을 보였다. 이번 연구 성과는 이리듐 사용량을 크게 줄이면서도 성능과 내구성을 동시에 유지하는 촉매를 구현해 수소 설비 대형화 과정에서 발생하는 고비용 문제를 해결하고 수소 생산 단가를 낮출 것으로 기대된다. 저이리듐 수전해 기술의 상용화를 위해 다양한 지지체 소재와 촉매 구조를 개발해 수소 생산 효율을 높이기 위한 연구를 수행할 계획이다. KIST 김명근 박사는 “저이리듐 촉매 구현을 위한 지지체 개발 및 촉매 성능 확보를 위한 전략을 함께 제시했다”라며 “대규모 촉매 합성 기술을 접목해 그린수소 생산 단가 낮추고 수소 사회로의 전환에 기여할 것”이라고 말했다. 본 연구는 과학기술정보통신부(장관 유상임)의 지원을 받아 KIST 주요사업 및 나노소재기술개발사업 (2021M3H4A1A02042948) 등으로 수행됐다. 이번 연구 성과는 국제 학술지 「ACS Energy Letters」 (IF 19.5, JCR 분야 3.8%)에 표지논문(Front Cover)로 게재됐다. * 논문명 : Iridium Selenium Oxohydroxide Shell for Polymer Electrolyte Membrane Water Electrolyzer with Low Ir Loading [그림 1] 셀레늄 도입에 따른 표면 수산화물층 형성과 이에 따른 이리듐 산화 및 용출 억제. 이리듐 산화는 이리듐 용출을 야기하는데, 셀레늄 도입 시 일정 시간 이후 산화가 억제되고 금속성 유지됨. [그림 2] 이리듐 로딩량에 따른 성능비교: 기존연구 (속이 빈 심볼), 현 연구 (속이 찬 심볼). 점선: 2050 DOE (미국 에너지부: Department of Energy) 목표의 이미지 X축: 단위면적당 이리듐 사용량을 나타내며 2050 DOE 타겟인 0.2 mg 이하의 결과는 많지 않음. 이리듐 사용량을 줄이면 성능이 우수해 보이지만, 보통 내구성을 동시에 유지하긴 어려움. Y축: 수전해 장치의 작동 전압 (1.6V, 1.9V)에서 이리듐 g 당 전력 값을 나타냄. 전압이 높으면 대개 높은 전력 값을 나타내지만, 내구성을 유지하기 어려움. 본 촉매는 DOE 타겟을 만족하는 이리듐 사용량으로 발표된 저이리듐 촉매 중 가장 높은 무게당 성능을 나타냄. 더 나아가 우수한 내구성 지표도 나타냄. [그림 3] 표지논문(Front Cover) 이미지 탄소 지지체 위에 얹어진 이리듐 나노입자

촉매 사용량 20분의 1! 수소 kg당 1달러 시대 앞당긴다. - 고가의 이리듐 사용량을 크게 줄이면서도 성능과 내구성을 유지하는 촉매 구현 수전해 설비 대형화 과정의 걸림돌인 수전해 촉매 비용을 낮출 것으로 기대 한국과학기술연구원(KIST, 원장 오상록) 수소·연료전지연구단 김명근 박사, 유성종 박사 연구팀은 고내구성 탄소 지지체를 도입해 이리듐 사용량을 상용 촉매의 1/20 수준으로 줄인 고효율 수전해 촉매를 개발했다고 밝혔다. 최근 전 세계적으로 수소에 대한 수요가 높아지면서 수전해 설비의 대형화를 추진하고 있으나, 수전해 반응에서 가장 우수한 성능과 내구성을 보이는 이리듐 촉매의 높은 가격이 걸림돌로 작용하고 있다. 또한, 이리듐은 남아프리카 등 특정 지역에서만 채굴되기 때문에 공급 불안정성이 높아 이리듐 사용량을 줄인 촉매 개발이 필요하다. 연구팀은 이리듐 촉매의 사용량을 줄이기 위해 고내구성 탄소 지지체를 도입한 저이리듐 촉매를 개발했다. 기존의 탄소 지지체는 수전해 반응 구동 전압인 1.6~2.0 V에서 쉽게 이산화탄소 등으로 산화되기 때문에 안정적인 지지체 개발이 중요한 과제였다. 이를 해결하기 위해 물과의 상호작용이 적은 소수성 탄소를 지지체로 적용한 결과, 이리듐 사용량을 줄이면서도 탄소 부식 반응이 억제되는 것을 확인했다. 또한, 저이리듐 촉매의 내구성을 향상하기 위해 탄소 지지체 위에 셀레늄(Se)을 도입했다. 저이리듐 촉매는 수전해 반응 중 쉽게 변하거나 용출돼 내구성이 빠르게 저하되는 문제가 있었다. 연구팀은 이리듐의 반응 중 변화를 억제하는 기능을 가진 셀레늄을 이용해 이리듐 표면에 얇은 수산화물 층을 형성함으로써 이리듐 용출을 억제했다. 이번에 개발된 저이리듐 촉매를 상용화된 수전해 설비 적용한 결과, 이리듐 사용량을 기존의 1/20 수준인 0.05 mg/cm2으로 줄이면서도 성능이 향상되는 것을 확인했다. 단위면적당 0.05 mg의 이리듐을 도포한 막전극접합체(MEA)를 제작해 고분자 전해질막 수전해(PEMWE) 실험을 진행했을 때, 1.9 V에서 3.18 A/cm²의 전류밀도를 기록해 기존 상용 촉매(2.45 A/cm²)보다 우수한 성능을 보였다. 이번 연구 성과는 이리듐 사용량을 크게 줄이면서도 성능과 내구성을 동시에 유지하는 촉매를 구현해 수소 설비 대형화 과정에서 발생하는 고비용 문제를 해결하고 수소 생산 단가를 낮출 것으로 기대된다. 저이리듐 수전해 기술의 상용화를 위해 다양한 지지체 소재와 촉매 구조를 개발해 수소 생산 효율을 높이기 위한 연구를 수행할 계획이다. KIST 김명근 박사는 “저이리듐 촉매 구현을 위한 지지체 개발 및 촉매 성능 확보를 위한 전략을 함께 제시했다”라며 “대규모 촉매 합성 기술을 접목해 그린수소 생산 단가 낮추고 수소 사회로의 전환에 기여할 것”이라고 말했다. 본 연구는 과학기술정보통신부(장관 유상임)의 지원을 받아 KIST 주요사업 및 나노소재기술개발사업 (2021M3H4A1A02042948) 등으로 수행됐다. 이번 연구 성과는 국제 학술지 「ACS Energy Letters」 (IF 19.5, JCR 분야 3.8%)에 표지논문(Front Cover)로 게재됐다. * 논문명 : Iridium Selenium Oxohydroxide Shell for Polymer Electrolyte Membrane Water Electrolyzer with Low Ir Loading [그림 1] 셀레늄 도입에 따른 표면 수산화물층 형성과 이에 따른 이리듐 산화 및 용출 억제. 이리듐 산화는 이리듐 용출을 야기하는데, 셀레늄 도입 시 일정 시간 이후 산화가 억제되고 금속성 유지됨. [그림 2] 이리듐 로딩량에 따른 성능비교: 기존연구 (속이 빈 심볼), 현 연구 (속이 찬 심볼). 점선: 2050 DOE (미국 에너지부: Department of Energy) 목표의 이미지 X축: 단위면적당 이리듐 사용량을 나타내며 2050 DOE 타겟인 0.2 mg 이하의 결과는 많지 않음. 이리듐 사용량을 줄이면 성능이 우수해 보이지만, 보통 내구성을 동시에 유지하긴 어려움. Y축: 수전해 장치의 작동 전압 (1.6V, 1.9V)에서 이리듐 g 당 전력 값을 나타냄. 전압이 높으면 대개 높은 전력 값을 나타내지만, 내구성을 유지하기 어려움. 본 촉매는 DOE 타겟을 만족하는 이리듐 사용량으로 발표된 저이리듐 촉매 중 가장 높은 무게당 성능을 나타냄. 더 나아가 우수한 내구성 지표도 나타냄. [그림 3] 표지논문(Front Cover) 이미지 탄소 지지체 위에 얹어진 이리듐 나노입자

꿈의 온도, 250℃ 고온에서 작동하는 세계 최고 수준의 차세대 수소연료전지 기술 나온다. - 수소연료전지의 한계 넘은 250°C 이상의 고온에서 구동하는 핵심 소재 개발 세계 최고 성능 및 내구성 달성, 수소연료전지의 친환경 모빌리티 생태계 기대 최근 자동차, 무인 항공기 등 모빌리티 산업에서 장시간 안정적인 에너지 공급 장치에 대한 수요가 높아지고 있다. 기존의 상용 배터리와 달리 에너지밀도가 높은 수소를 활용한 수소연료전지 시스템은 친환경 에너지원으로 많은 관심을 받고 있다. 현재 80°C 정도의 저온에서 작동하는 연료전지는 자동차용으로는 상용화에 이르렀으나, 고온에서 구동된다면 지금보다 시스템의 크기를 줄이고 에너지밀도를 높일 수 있어 다양한 모빌리티 분야로 적용을 확대할 수 있다. 한국과학기술연구원(KIST, 원장 오상록) 수소‧연료전지연구단 이소영 박사, 남석우 박사(청정수소융합연구소장) 연구팀은 한국에너지공과대학교 김형준 교수 연구팀과 공동연구를 통해 꿈의 온도라 불리는 250°C 이상의 고온에서 구동할 수 있는 독자적인 연료전지 전해질막 및 막전극접합체(MEA)를 개발했다고 밝혔다. 연구진은 이번 연구에서 KIST의 세륨포스페이트 자가조립 기술에 한국에너지공과대학교의 파라-폴리벤지이미다졸(p-PBI) 합성 기술을 접목한 신규 합성법을 개발해 기존 PBI 기반 전해질막보다 150~300°C 범위에서도 뛰어난 전기화학적 성능과 내구성을 유지하는 데 성공했다. 연구팀은 자가조립형 세륨포스페이트 파라-폴리벤지이미다졸 고분자 전해질막을 설계해 막전극접합체(MEA)를 구현했다. 이를 한 반응기 안에서 파라-폴리벤지이미다졸과 세륨 수소 인산염(CeHP)을 결합해 온도 상승에 따른 자가조립이 가능한 새로운 고분자 전해질막을 설계했다. 그 결과, 250°C에서도 연료전지의 에너지밀도에 영향을 미치는 수소 이온의 높은 이온전도성을 안정적으로 유지할 수 있었다. 또한 200°C 이상에서 작동 시, 고순도 수소가 아닌 메탄올과 수소저장유기물(LOHC)를 직접 연료전지에 공급할 수 있어 효율이 높아지고, 가솔린 등의 연료 인프라를 그대로 활용 가능하다는 장점까지 확보돼 높은 경제성과 지속성을 제공할 수 있다. 이번에 개발한 ‘SAN-CeHP-PBI’ 기반의 연료전지는 250°C 조건에서 최대 출력 밀도가 세계 최고 수준인 2.35 W/cm²를 달성했으며, 80~160°C 열 사이클링 테스트에서 기존 대비 10배 이상의 5,000시간 이상의 장시간 운전이 가능함을 입증했다. 또한, 160~240°C 중고온 열 사이클링 테스트에서도 500시간 이상 성능 저하 없이 장시간 운전이 가능함을 확인했다. KIST 남석우 소장은 “이번 연구 결과는 해외 선진국들의 성과를 넘는 혁신적 성과이며, 글로벌 TOP 전략연구단의 핵심 기술로 미래 에너지의 핵심이 될 수소연료전지 기술의 글로벌 패권을 선도할 것으로 기대된다”고 밝혔다. KIST 이소영 박사는 “중대형 운송수단에 탑재 가능할 것으로 예상하며, 지속적인 연구개발을 통해 작동온도를 더 향상시킬 계획이다”라고 말했다. 한국에너지공과대학교의 김형준 교수는 “이 시스템은 다양한 산업에 걸쳐 지속 가능한 에너지원으로 자리매김하고 중대형 상용차, 도심 항공 모빌리티(UAM), 잠수함 등에 적용해 친환경 모빌리티 생태계 조성을 앞당길 것"이라고 말했다. 본 연구는 과학기술정보통신부(장관 유상임)의 지원을 받아 KIST 주요사업 및 기후·환경연구개발사업(NRF-2022M3J1A1065570) 및 나노소재기술개발사업(RS-2023-00235295) 으로 수행됐다. 이번 연구 성과는 국제 학술지 「Nature Energy」 (IF 49.7, JCR 분야 0.3%)에 게재됐다. * 논문명 : Self-assembled network polymer electrolyte membranes for application in fuel cells at 250 °C [그림 1] SAN-CeHP-PBI 전해질막의 단일 반응기 합성 및 전해질막 제조과정 SAN-CeHP-PBI 전해질막의 단일 반응기 제조 과정 및 자가조립형 이온전도CeHP 채널이 형성된 고분자전해질막의 전자현미경 사진 [그림 2] SAN-CeHP-PBI 전해질막의 고온연료전지 성능 비교 결과 다른 연료전지 성능과의 온도별 비교 및 SAN-CeHP-PBI 전해질막의 가속 열사이클링 (80-160도 구간 및 160-240도 구간) 내구성 평가 결과 그리고 10% CO 함유 연료에 따른 성능평가 결과 [그림 3] SAN-CeHP-PBI 전해질막 기반 고온 연료전지의 유기액상수소저장체(NEC, 메탄올) 직결 구동 성능 비교 및 에너지효율 모식도 (위 그림 설명) SAN-CeHP-PBI 전해질 막전극접합체를 이용 수소유기액상저장체 (NEC: 좌, 메탄올: 우) 연결을 통한 순수 H2 연료이용 성능과 비교 결과 및 향후 유기액상저장체 직접연료전지 개발 시 에너지효율 모식도 (아래 그림 설명) 250도 이상에서 연료전지가 구동하게 되면 에너지밀도가 훨씬 높은 LOHC(유기액상수소저장화합물)을 이용하여 추출, 개질등의 불필요한 과정 없이 연료전지를 직접 구동하여 기존 PEMFC대비 에너지효율을 극대화 할 수 있음