한국에너지기술연구원(원장 김종남) 에너지소재연구실 김희연 박사 연구진은 바이오매스 일종인 박테리아 셀룰로오스를 원료로 사용해 600도 이상의 비교적 낮은 온도에서 열처리하는 것만으로도 표면적과 전기전도도가 우수한 탄소를 제조하는 기술을 개발했다.

개발된 탄화체 표면에 백금 나노입자를 담지하고, 백금 입자 표면에 다공성 그래핀 보호막을 적용한 새로운 나노샌드위치 구조를 통해 기존의 상용 촉매에 비해 장기 안정성이 220% 이상 향상된 연료전지용 촉매 합성에 성공했다.

온실가스 감축과 환경규제 강화로 수소는 그린뉴딜과 탄소중립 전환의 핵심적인 역할을 하고 있다.

수소에너지를 활용하는 연료전지는 수송부문, 발전부문 등 다양한 분야로 확대되며 수소사회 성장을 주도하고 있다.

연료전지는 수소와 산소의 전기화학적 반응을 통해 전기를 생산하는 고효율 발전시스템으로 ㎾당 가격 저감을 위해 스택, 수소추출기, 인버터 등의 시스템 국산화와 촉매로 사용되는 백금의 대체 또는 효율적 사용 등 기술개발이 활발히 이루어지고 있다.

연구진이 이번에 개발한 나노샌드위치형 촉매는 박테리아 셀룰로오스 탄화체의 초박형 구조로 인해 초박형 전극 제조에 유용하며, 이밖에도 전기화학적 수소생산 등 다양한 전기화학 반응에 효과적으로 적용할 수 있다.

또 박테리아 셀룰로오스를 원료로 하는 다공성 나노탄소는 기존 탄소소재인 카본블랙, 활성탄소의 합성 공정보다 현저히 낮은 온도에서 합성이 용이하므로 기존의 탄소소재를 효과적으로 대체할 수 있을 것으로 기대된다.