토요타자동차가 수소연료전지 성능을 높일 획기적인 촉매제 화학반응 관찰기법을 고안했다고 20일 밝혔다.
회사에 따르면 이번 기술은 일본 파인세라믹스센터(JFCC)와 공동 개발했으며, 수소연료전지(HFC, Hydrogen Fuel cell)의 화학반응을 촉진하는 촉매인 백금의 반응성 저하(열화)에 이르는 움직임을 실시간 관찰할 수 있는 기술이다.
해당 기술은 관찰·분석용으로 활용되는 투과형 전자현미경 내부에 HFC의 발전 상태를 시험할 수 있는 새 관찰용 샘플을 제작한 것으로, 회사는 이를 통해 수 나노미터(nm:10억분의 1m)의 '백금 미립자'가 반응성 저하로 이어지는 과정을 관찰할 수 있다고 설명했다.
수소연료전지는 내부의 셀에서 수소와 산소의 화학반응으로 전기를 만들어 낸다. 다시 말해 수소와 산소가 결합, 물이 만들어지는 과정에서 전기가 함께 발생하는 것. 이 때 백금은 수소와 산소의 화학반응을 촉진하는 동시에 수소 분자에서 전자를 떼어내는 촉매제로 작용한다. 때문에 백금은 연료전지에서 전기를 만들어내는 필수 소재로 여겨져 왔으며, 연료전지의 발전(發電) 효율을 높이는 데 일익을 담당해왔다.
그러나 백금은 희소성이 높은 자원이어서 매우 고가인 데다 전기가 발생할수록 백금의 미립자가 커지는 조대화(粗大化, Coarsening) 현상이 발생해 성능 저하가 일어났다. 즉 백금이 유효한 촉매로 남기 위해선 조대화 현상을 규명할 필요가 있었던 것. 그러나 지금까지의 관찰 기술로는 이 현상의 규명이 불가능했다.
회사는 이번 신기술 개발로 백금 미립자의 반응성 저하 과정을 해석할 수 있게 됐다고 설명했다. 또한 수소연료전지에 있어 필수 촉매인 백금의 성능과 내구성 향상을 위한 연구· 개발 지침을 획득하게 됐다. 토요타는 "이번 관찰 기술로 연료전지 내 백금 미립자의 조대화 현상을 관찰할 수 있게 돼 수소연료전지의 성능을 향상시킬 길을 열었다"고 전했다.
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박진우 기자 kuhiro@autotimes.co.kr
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