제목

[최종]고활성 비백금계 귀금속 인화물기반 나노촉매 및 고내구성 비탄소 담지체 개발

상세 설명

이 연구는 고가의 백금계 촉매에 의존하지 않고도 고효율 수소발생이 가능한 비백금계 귀금속 인화물 기반 나노촉매를 개발하고, 이와 결합할 수 있는 고내구성·고전도성 비탄소계 담지체를 함께 설계함으로써, 수소에너지 시장의 핵심 기반 기술을 국산화하고 미래 경쟁력을 확보하는 것을 목표로 한다. 촉매 측면에서는 Ru, Ir, Pd, S, N 등의 이종원소를 도핑하거나 치환하여 귀금속 인화물의 전기화학적 활성도를 극대화하고, M/P 조성비를 정밀 제어함으로써 10 mA/cm² 전류밀도 조건에서 과전압 20 mV 이하, 50시간 이상 초기효율의 80% 이상을 유지하는 고활성 수소발생 특성을 구현하였다. 담지체 측면에서는 산화물 및 비산화물 기반의 금속산화물, 탄화물, 질화물 등을 이용해 고내구성과 전도성을 확보하였고, 결정학적 노출면 및 다공성 구조 설계를 통해 촉매와의 상호작용을 최적화하였다. 또한 라만 및 광전자 분광 분석을 통해 반응 중간체의 전위 의존성, d-band center, 표면 조성 등 반응 메커니즘을 분자 수준에서 규명하고, 촉매-담지체 간 결합 친화도의 변화를 분석함으로써 성능 향상 원리를 과학적으로 입증하였다. 나아가 전기방사, 화학기상증착, 용액 공정 등 다양한 합성 기법을 연계해 나노촉매와 담지체를 연속적으로 양산할 수 있는 공정기술을 개발하고, 소형 MEA 단위에서 성능을 평가하여 중대형 수전해 셀에 적용할 수 있는 최적의 하이브리드 전극 구조도 확보하였다. 이러한 기술은 2050년까지 글로벌 에너지 수요의 약 24%를 차지할 것으로 예상되는 수소경제 시대를 대비하여, 백금 대체 소재의 가격경쟁력 확보와 수입 의존도 축소에 결정적 역할을 하며, 향후 100MW급 수전해 시스템을 포함한 대형 프로젝트에서 실질적 적용이 가능하다. 더불어, 현재 국내에서 수소기술 국제표준 등록이 미비한 상황에서 본 기술은 세계 시장을 겨냥한 수소촉매 소재 수출과 기술표준 선도를 위한 중요한 기반이 될 것으로 기대된다.

기관명

과학기술정보통신부

예산

키워드

프로젝트 기간

2022년 12월 - 2023년 11월

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