메라넷3(M-era.Net 3) 프로그램은 유럽연합(EU)과 세계 35개 나라가 참여해 재료과학을 연구하는 국제 프로그램이다.
세 번째 단계로 접어든 메라넷3은 이전 단계를 잇는 지속가능한 기술과 혁신 재료 개발을 목표로 에너지 소재, 고성능 복합체, 기능성 및 친환경 소재, 차세대 전자 소재 등을 연구하고 있다.
수소연료전지 핵심기술 연구
한국에너지기술연구원(이하 에너지연)이 메라넷3 프로그램에 참여해 수소연료전지 핵심기술 공동연구를 수행한다.
5개 기관 컨소시엄으로 진행되는 이번 연구에서 에너지연은 오스트리아기술연구소(AIT), 프랑스국립과학연구소(CNRS) 등과 함께 ‘고분자전해질연료전지 소재 및 막전극접합체의 혁신 설계 기반 수소-에너지 전환 향상 기술(HEROES)’을 개발한다.
여기에서 에너지연은 국내 주관기관으로 고성능 전극촉매와 소재 연계기술 개발을 주도할 방침이다.
특히 이번 연구는 에너지연이 보유한 ‘코어-쉘 전극 촉매기술’을 활용해 백금촉매의 사용량을 낮춰 연료전지 스택 비용을 기존보다 20% 절감하고 에너지전환 효율은 65% 이상으로 개선, 세계 최고 수준 원천기술 확보를 목표로 한다.
코어-쉘 전극 촉매기술은 팔라듐 등의 물질을 중심금속으로 사용하고 겉은 백금으로 덮는 기술로, 고가의 백금 사용량을 최소화하는 것이 관건이다.
고가 백금촉매 사용량 낮추기
이번 공동연구는 에너지연의 코어-쉘 전극 촉매 기술을 고도화시켜 백금 사용량을 낮추는 것을 목표로 한다.
연료전지의 전극촉매로 사용되는 백금은 전기를 생성하는 반응성이 다른 소재보다 월등히 높지만, 단가가 매우 비싸 연료전지 스택 가격의 60%를 차지하며 사용화의 걸림돌이 되고 있다.
공동연구팀은 이번 협업으로 촉매 생산량을 기존보다 10배 수준으로 올리고 백금 사용량도 40% 저감시켜 스택 제조비용을 20% 이상 낮출 것으로 기대하고 있다.
아울러 최근 글로벌 공급망 문제로 단가가 높아진 중심금속도 사용을 줄이거나 대체 기술을 확보하는 연구를 함께 진행한다.
이를 통해 CNRS와 에너지연이 함께 제작한 막전극접합체(MEA)와 IAG가 개발한 셀을 결합, 연료전지의 에너지전환 효율을 65% 이상으로 끌어올리는 것을 목표로 한다.
국내 주관 연구책임자인 에너지연 박구곤 박사는 “수소연료전지용 전극 촉매기술과 혁신적 막전극접합체 설계로 세계 최고 수준의 소재부품 원천 기술을 확보할 계획”이라며 “개발한 기술은 친환경 모빌리티와 초고효율 발전 분야에 적용함으로써 수소경제 활성화에 기여할 수 있을 것”이라고 설명했다.
