일본산업뉴스요약

연료전지차(FCV) 성능향상에 기여
동경대와 도요타, 연료전지 열화원인 규명

도쿄대학과 토요타자동차, 토요타 중앙연구소의 연구 팀은 연료전지 성능 저하에, 물로 인한 산화가 영향을 주는 것을 밝혀냈다. 전지 내부에 물이 증가하면 전극 재료로서 활용하는 백금계 나노 입자 매체가 산소와 결합하기 쉬워져 매체표면의 산화를 촉진시켜 전지 성능이 저하된다. 백금 함유량이 적은 합금이라면 산화되기 어려운 점도 알아냈다. 산화를 억제한다면 연료전지차(FCV) 주행 성능의 열쇠가 되는 연료전지 성능 향상과 비용 절감으로 이어진다.

도쿄대학 물성연구소의 오시마 특임연구원, 하라다 교수, 사이 교수가 토요타, 양자과학 기술 연구 개발기구 등과 공동으로 대형 방사광 시설 ‘SPring-8’의 빔 라인에 고분해능 X선 흡수 분광 장치를 설치했다. 연료전지의 전극 내 백금계 나노 입자 매체의 산화상태를 1기압의 환경에서 자세히 조사했다.

연료전지는 수소와 산소를 반응시켜 발전하지만, 반응 시에 전극을 물에 젖는다. 실제로 전지특성에 우수한 직경 2나노~3나노미터의 백금계 나노 입자에 물과 산소가 함께 흡착하면 표면의 산화가 진행되는 것을 알게 되었다.

이 현상은 논리적으로 예측되었지만, 이번에 처음으로 실험으로 인해 확인되었다. 전극의 산소 중 수분량이 증가하면 연료전지의 실효 전압이 저하하여 발전 성능이 수% 저하하는 것으로 알려져 있다. 이번 결과로 인해 이것이 산화로 인한 것임을 증명했다.

한편 고가이며 희소한 백금 사용량을 억제한 직경 약 3나노미터의 백금 코발트 합금 나노 입자에서도 똑같이 실험한 결과, 물로 인한 산화 촉진량은 적었다. 물을 배제하는 비수계 물질로 덮은 촉매를 사용하거나, 백금 코발트 합금 입자로 백금 입자를 대체하거나 하는 것으로 인해, 연료전지 고성능화가 예상된다.

성과는 영국 과학지 사이언티픽 리포트에 개제된다.

-- 끝 --