일본산업뉴스요약

탄소재료 사용해 전극 개발
금속 용출 문제 해결해 연료전지에 활용

나고야시공업연구소는 탄소재료를 이용한 연료 전지용 전극을 개발했다. 도전성이 높은 카본블랙, 전도성과 가스∙액체 투과성을 가진 카본지 및 카본 섬유 등 흑연과 그라파이트로 구성되는 탄소재료를 백금 대체로 산소 환원 촉매에 이용했다. 탄소만 있기 때문에 금속을 이용한 경우의 금속 용출 및 내구성 등의 과제를 해결할 수 있다.

플라스틱화학기상성장(P-CVD) 법을 이용해 메탈 등을 기체원료플라스틱으로 탄소 촉매를 스테인리스 기판표면에 생성했다. 직경 몇 나노~100나노미터의 입자 상태의 탄소가 탄소박막 상에 2차원 상태로 탄소 촉매를 형성한다. 탄소촉매는 액정화가 진행된 그라파이트 구조로 전류치는 백금의 약 50%였지만 탄소 환원 성능을 확인했다. P-CVD로 나노 단위로 구조 제어함으로써 표면 탄소의 화학성능을 최적화할 수 있었다고 보여진다.

백금을 사용하지 않는 촉매에서는 기존에 철과 코발트 등의 금속과 그래핀 및 프탈로시아닌을 이용한 것이 있지만 장시간 사용에서 금속이 용출되는 등 내구성이 문제였다. 다만 탄소 촉매도 탄소의 산화반응이 진행되어 표면화학조성이 변화함으로써 탄소 환원 특성에 영향을 줄 수 있다.

또한 연료 전지의 유기물 분해 시스템에 대한 응용을 도모한다. 토양 성분의 고체부식 ‘휴민’ 층을 탄소 전극 표면에 형성해 유기물을 분해하는 미생물을 부착시킨다. 전극을 산소 대신으로 삼고 전류 및 전위의 제어로 미생물의 호흡에 필요한 에너지를 외부에서 공급 받으면서 미생물의 활성을 촉진시킨다.

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