한국세라믹기술원(원장 정연길) 조성범 박사와 美 세인트루이스 워싱턴대학교(총장 Andrew Martin) Rohan Mishra(로한 미쉬라), Vijay Ramani (비제이 라마니) 교수 공동연구팀이 최근 세라믹 소재를 기반으로 하는 수소자동차용 연료전지 촉매를 설계하고 이를 실험으로 구현해냈다.
수소자동차용 촉매는 현재 백금과 활성탄을 사용하고 있으나 시동을 켜고 끄는 과정에서 고전압에 노출되어 서서히 활성탄이 파괴되는 문제점이 있어 수소자동차의 내구성에 큰 발목을 잡고 있다.
최근 백금에 버금가는 효율을 가진 값싼 촉매 중 전이금속-질소 클러스터 연구가 활발히 되고 있으나 전이금속-질소 클러스터 촉매 역시 활성탄을 활용하고 있기 때문에, 수소자동차의 내구성 문제는 풀지 못하고 있다.
공동 연구팀은 내구성 문제를 해결하기 위해 가상공학 시뮬레이션 프로그래밍을 통해 전기화학적으로 내구성이 뛰어난 세라믹 소재를 기반으로 하는 최적의 촉매 소재를 찾았다. 전기화학적 안정성이 좋은 티타늄카바이드(TiC) 소재의 표면에 다양한 전이금속과 질소 화합물을 대체한 뒤 양자역학계산을 통해 촉매의 성능을 예측하고 실험을 통해 분석했다.
그 결과 기존 활성탄 기반의 전이금속-질소 소재보다 20% 이상 촉매 성능이 뛰어나면서도 3.5배 이상 내구성이 향상돼 1000회의 반복 테스트에서도 성능저하가 거의 없다는 결과가 나왔다.
또한, 세라믹 소재를 기반으로 설계됐기 때문에 기존의 촉매 이론과는 다르게 정전기적 특성이 매우 강하게 관여하는 것을 밝혀냈고 이를 활용해 촉매의 성능을 대략적으로 예측할 수 있는 기술도 개발했다.
조성범 박사는 "이번 연구는 가상공학 시뮬레이션을 통해 설계하고 검증을 했다는 것이 핵심"이라며 "수소자동차 연료전지용 촉매설계 있어 새로운 척도를 제공할 것으로 기대된다"고 말했다.
한편 이번 연구 성과는 에너지 및 화학분야의 세계적인 학술지인 ChemSusChem(켐서스켐) 2021년 11월호 표지논문으로 게재됐으며, 평가 위원이 선정하는 가장 중요 논문인 VIP(Very Important Paper) 논문으로 선정됐다.
진주=강연만 기자 kk77@kukinews.com
◆중진공, '지역사회 혁신가' 디지털 리빙랩 프론티어 2기 시동
중소벤처기업진흥공단(김학도 이사장, 이하 중진공)이 8일 경상국립대(총장 권순기), 협동조합 작은시선(대표 조준섭)과 메타버스 플랫폼에서 디지털 리빙랩 프론티어 2기 발대식을 개최하고 지역사회 혁신 활동을 시작한다.
디지털 리빙랩 프론티어는 중진공이 본사 이전 지역인 경남소재 대학, 사회적기업 등과 함께 사회경제적 약자의 생활여건 개선을 위해 추진하는 시민참여형 사회공헌 프로젝트로 이번 2기 발대식은 코로나19 감염을 예방하고 프로젝트를 수행하는 청년들의 트렌드에 발맞춰 메타버스 플랫폼인 게더타운내 가상 공간에 행사장을 구축해 비대면 방식으로 진행했다.
2기 참가자들은 교통약자 이동환경 개선을 주제로 '경남 무장애 스마트 도시 구축 프로젝트'를 수행하게 된다. 이들은 지역사회 혁신가로서 진주시 내에서 교통약자가 휠체어를 이용하기에 불편한 장애지점을 발굴하고 해결방안을 모색해 그 결과물을 공유할 계획이다.
지난해 1기 참가자들은 교통약자를 위한 무장애 여행코스 개발 프로젝트를 통해 노약자와 장애인을 위한 무장애 지점 126곳, 개선 지점 10곳, 여행코스 12곳을 개발하는 성과를 냈다. 또한 이를 무장애 여행책자와 모바일웹으로 제작해 지역사회에 환원하기도 했다.
김병수 경영관리본부장은 "디지털 리빙랩 프로젝트는 지난해 11월 보건복지부 장관상을 수상하는 등 지역사회 발전에 기여한 공로를 인정받고 있는 대표적인 사회혁신 모델"이라며 "중진공은 지역사회 이해관계자와 협업해 지역혁신 활동을 지속적으로 추진하고, 주민들이 체감할 수 있는 성과를 만들어낼 수 있도록 노력하겠다"고 전했다.
