일본산업뉴스요약

기술로 미래를 개척한다~산종연의 도전~(83)
새로운 연료 배터리용 촉매
유기물로 저비용·고성능

-- 백금의 과제 --
수소와 산소가 반응하면 물이 생겨난다. 이 화학 반응을 진행시켜 발전하는 것이 연료 배터리이며 가정용 연료 배터리(에네팜) 및 연료 배터리 자동차로 사회에 보급되고 있다. 연료 배터리 자동차는 항속거리 등 커다란 잠재력이 있지만 본격 보급을 위해서는 저비용 및 수소 충전소의 정비 등 과제가 많다.

고체 고분자형 연료 배터리라는 100도C 이하로 작동하는 연료 배터리의 전극에는 반응을 진행시키기 위해 촉매 기능이 필요하다. 통상적으로는 연료 극·산소 극 모두 백금 촉매가 사용되지만 백금은 희소하기 때문에 백금 촉매는 비용이 비쌀 뿐만 아니라 성능 및 내구성에도 과제가 많다.

이런 과제들을 극복하기 위해 백금 촉매의 고성능화 기술, 백금 사용량의 저감 기술 및 비백금 촉매의 개발이 전 세계에서 추진되고 있으며, 산업기술종합연구소(산종연)도 일익을 담당하고 있다. 그 중에서 우리는 기능성의 유기물을 이용해 지금까지와는 다른 관점으로 저백금·비백금의 연료 배터리용 촉매의 개발을 추진해왔다.

-- 피독 억제하다 --
한편 연료 극의 백금 촉매는 수소 안의 불순물인 CO 등으로 인해 피독된다. 이 때문에 수소의 순도를 올릴 필요가 있어 연료 정제에 비용이 소요된다. 우리는 유기물에서 나오는 CO 산화촉매에 대해 연구해 이 촉매를 이용하면 피독 종류의 CO를 반대로 연료로 삼아 발전 가능한 것을 발견했다.

또한 이 유기물 촉매와 백금 촉매와의 복합화로 백금 촉매의 CO 피독을 억제하는 방법을 발견했다. 이 유기물 촉매는 CO 등 알코올 및 당류라는 연료 후보화합물도 산화할 수 있다. 현재 상황에서는 연료 배터리의 연료는 수소지만 정제 및 저장·운송에 과제가 많다.

새로운 촉매로 인해 순수 수소 이외의 연료가 이용 가능하게 된다면 연료 배터리의 도입이 더욱 진행될 거라고 기대할 수 있다. 연료 배터리의 본격 보급을 위해서는 새로운 고성능 재료의 개발이 열쇠가 된다. 이러한 새로운 연료 배터리용 촉매의 개발을 통해 연료 배터리 시스템의 저비용화 및 성능 향상에 공헌해 나가고 싶다.

-- (84)에 계속 --