▲ 김건태, 백종범 교수팀.

전체 가격의 20∼30%를 차지하는 백금계 촉매를 대신할 물질이 개발 수소연료전지와 금속-공기전지를 싸게 만들 길이 열렸다.

울산과기원(UNIST, 총장 정무영) 에너지 및 화학공학부의 김건태·백종범 교수팀은 수소연료전지나 금속-공기전지에 쓰일 ‘철-탄소 복합체 촉매(Fe@NGnP-CNF)’를 개발했다.

소량의 ‘철(Fe)’과 ‘그래핀 나노 플레이트(graphene nano plate, GnP)’를 이용해 만든 이 촉매는 값비싼 백금계 촉매를 대체할 저비용 고성능 촉매로 주목받고 있다. 1g 당 200∼300원이면 제조 가능해 경제적 효과가 상당할 전망이다.

현재 수소연료전지에 필수적으로 들어가는 촉매는 귀금속인 백금을 활용한다. 그런데 백금은 1g 당 8∼9만 원으로 비싸 촉매 가격 자체가 높아진다. 이 문제를 해결하기 위해 많은 연구자들이 백금계 촉매를 대체할 물질을 찾아왔다. 반면에 새로운 촉매를 만들더라도 제작 공정이 복잡하거나 대량생산이 불가능하다는 문제점이 있었다.

김건태·백종범 교수팀이 새로 개발한 촉매는 백금계 촉매만큼 성능이 우수한 것으로 알려졌다. 게다가 기존에 알려진 ‘볼밀링(ball milling) 공정’과 ‘전기방시기법(Electrospinning)’을 이용하므로 제작 공정이 간단하고 대량생산도 가능하다는 장점이 있다.

볼밀링 공정은 용기 내에 금속 볼과 흑연, 합성할 원소를 넣고 회전시키는 공정이다. 이때 그래핀에 질소(N)나 철(Fe) 등이 합성된다. 이렇게 만들어진 철과 질소가 함유된 그래핀 나노 플레이트(Fe@NGnP)를 나노 섬유를 구성하는 용액에 넣고, 전압을 걸어주는 전기방사기법을 쓰면 탄소복합체 섬유(Fe@NGnP-CNF)가 만들어진다.