서론
1973년과 1979년의 석유파동 이후 석유로 대표되는 화석 연료를 대체할 수 있는 에너지원에 대한 관심이 크게 증가하였고 최근의 환경까지 고려한 신재생 에 너지에 대한 관심이 크게 증가하고 있다. 게다가 급격 한 유가 상승으로 인해 대체 에너지 개발은 필수적이 라고 인식되어지고 있다. 화석연료의 지구매장량은 제한되어 있기 때문에 미래의 에너지원 확보를 위한 기술개발노력이 세계 각국에서 활발히 이루어지고 있 으며, 화석연료의 사용으로 인한 환경오염과 지구온 난화문제가 국제·사회적 이슈화된 상황에 청정의 재 생가능한 에너지원에 대한 추구노력은 점점 더 강해 지고 있다. 기후협약에 대한 교토의정서가 2005년 2월 16일자로 발효됨에 따라 세계 각국은 청정에너지 (clean energy) 개발을 위한 녹색전쟁 시대로 돌입했 으며 이러한 시대의 연장선상에 연료전지는 조명되어 져 왔다. 연료전지는 기본적으로 수소와 산소를 연료 로 사용하며 기존의 발전방식과는 다르게 화학에너지 를 전기에너지로 직접 전환함에 따라 높은 효율을 가 지며, 생성물이 물밖에 나오지 않으므로 친환경적인 발전장치이다. 2차 전지와는 다르게 장시간의 충·방 전이 필요 없으며 연료가 공급되는 한 계속적으로 전 력을 생산해 낼 수 있는 발전 장치이기도 하다. 현재 는 천연가스에서 개질해서 얻어지는 수소를 연료로 사용하는 것과 메탄올을 연료로 사용하는 액체 연료 전지 등이 활발히 연구되어지고 있으나, 이러한 기존 의 화석연료를 기반으로 한 기술에서 궁극적으로 태
양에너지를 바탕으로한 수소제조나 당과 전분(사탕수 수, 옥수수 등)으로부터 얻을 수 있는 바이오 에탄올과 같은 재생가능한 식물자원에서 얻을 수 있는 바이오 연료로 작동되는 방향으로 개발될 것으로 예상된다.
연료전지는 전해질, 작동온도, 사용되는 연료에 따 라 여러 가지로 분류되고 있으나 그 중 고분자막 전해 질을 사용하는 저온형 연료전지는 100℃ 이하에서 작 동하며 높은 전류·출력 밀도와 빠른 작동 시간 등의 장점으로 인해서 많은 연구자들에 의해 연구되고 있 다. 저온형 연료전지의 경우는 알카라인 연료전지와 산성에서 작동하는 고분자 전해질 연료전지로 구분될 수 있으나, 알카라인 연료전지의 경우는 촉매보다는 전해질에 초점이 맞추어져서 연구가 진행되어지고 있 다. 그 이유는 니켈이나 코발트와 같은 비귀금속 촉매 는 수소와의 반응성이 우수할 뿐만 아니라 염기성에 서도 안정하여 큰 문제가 없지만, 전해질의 탄소계 생 성물에 대한 취약성은 알카라인 연료전지 개발의 기 술적인 한계점으로 지적되고 있다. 반면 고분자 전해 질 연료전지의 경우는 수소 양이온을 전도하여 강한 산성상태(pH<2)에서 작동을 요구한다. 즉, 전극촉매 로써 일반적인 전이금속 촉매는 산에 용해되어버리기 때문에 현재까지는 값비싼 금속인 백금을 사용하고 있는 실정이다. 따라서 촉매의 활성 및 안정성이 고려 되어져야 하기 때문에 저온형 고분자 전해질 연료전 지 연구는 촉매연구에도 많은 노력이 진행되고 있다.
이러한 촉매연구의 방향은 크게 백금의 담지량을 줄 이고 효과적으로 분산시키는 노력과 비백금 촉매 개 서민호, 최승목, 김원배
광주과학기술원 신소재공학과 [email protected], {akyzaky, wbkim}@gist.ac.kr
발로 크게 두 가지로 나눌수 있으나 아직 비용절감과 성능향상 모두를 실용화 수준까지 만족하지는 못하고 있는 것이 사실이다. 연료전지 자동차를 예를 들면 백 금 촉매는 2005년도 기준으로 약 100g이 사용되어지 고 그 원가만 약 490만원이 되는 실정이다. 특히 촉매 로 사용되는 백금은 연료전지 자동차가 양산이 되더 라도 내릴 전망이 없으며 오히려 가격이 올라갈 것으 로 추측되고 있다. 따라서 이것의 1/10인 10 g수준으 로 줄이는 것이 공통 과제가 되고 있다. 궁극적으로는 비귀금속 촉매가 개발되는 것이 바람직한 방향이라 할 수 있다. 본 고에서는 고분자 전해질 연료전지의 전극촉매 재료에 관련한 최근의 학술적 연구결과와 논문동향 위주로 다루고자 한다.
저온형 고분자 전해질 연료전지의 전극촉매 요구 특성 전형적인 고분자 전해질 연료전지(polymer electrolyte membrane fuel cell; PEMFC)는 [그림 1]에 도시된 것과 같이 산화전극에 연료로써 수소를 사용하며 환원전극에서 산소(또는 공기)를 사용하여 전기화학적으로 물을 생성시킨다. 수소는 산화전극에 서 (식 1)에 따라 수소양이온 및 전자를 생성하고, 생 성된 수소양이온은 산성의 고분자 전해질을 통과해서 환원전극으로 도달한다. 전자는 산화전극으로부터 전 기적 부하를 통해 환원전극으로 이동한다. 환원전극 에서 산소는 하기 (식 2)에 따라 상기 수소로부터 생
성된 전자 및 수소양이온과 결합하여 환원되어 물이 된다. 전체 화학적 전위차는 (식 3)에서처럼 표준조건 에서 1.23V로써 단전지의 전압이 된다.
Anode: H2→ 2H++ 2e- Eo=0.0 V (식 1) Cathde: 1/2O2+ 2H++ 2e-→ H2O
Eo=1.23 V (식 2) Total: H2+ 1/2O2→ H2O Eo=1.23 V (식 3) 고체고분자 전해질 연료전지 전극촉매는 높은 전압 과 강한 산성상태에서 작동을 하기 때문에 수소와 산 소에 대한 촉매의 활성과 화학적 내구성이 고려되어야 한다. 촉매의 수소와의 반응성은 금속 촉매의 전자 구 조에 의존하는 것으로 알려져 있다. 원소의 원자번호 에 따라 수소산화에 대한 교환전류 밀도는 볼케노 커 브로 보여주는 보고가 있고, 금속-수소의 결합 강도에 대해 다른 금속들상에서 교환전류밀도를 로그화해서 도시하면, 백금 계열 그룹 촉매들이 수소에 대해 높은 활성이 보이는 것으로 보고되고 있다. 또 다른 전극촉 매의 조건으로 전기화학적 및 열역학적인 안정성이 고 려되어져야 한다. 고체고분자 연료전지는 물의 존재와 수소, 산소와의 전기화학적 반응이 포함되므로 네른스 트(Nernst) 방정식으로 계산되어진 전위-pH 도표를 통하여 전기화학적 평형상태를 추정할 수 있다. 니켈 과 같은 많은 전이 금속 촉매는 수소와의 반응성이 우 수함에도 불구하고 산성상태에서 용해되어지는 문제 로 인하여 사용하는데 한계가 있음을 알 수 있다. 반면 백금의 경우는 산성상태에서 높은 전위에서도 상대적 으로 안정한 것을 알 수 있으며, 이러한 이유로 인하여 현재까지 실제적인 사용에 있어서 연료전지 전극촉매 는 백금 혹은 백금합금 촉매를 벗어나지 못하고 있는 실정이다. 상기 이유로 인하여 고체고분자 연료전지 전극촉매는 백금 혹은 백금합금이 사용되어지고 있으 며 백금의 담지량을 줄이는 노력이 주가되고 있다.
수소산화전극으로서의 백금의 사용은 그 스스로가 높은 활성을 가질 뿐더러 여러 담지체 개발과 입자크 기를 나노크기로 조절함으로써 산화전극에 사용되는 백금의 사용량은 0.2~0.4로부터 0.05mg Pt/cm2 까 그림 1. 수소-산소 고분자 전해질 연료전지 도식.
지 낮추는 것이 가능하게 되었다. 따라서 산화전극 촉 매의 연구는 주로 일산화탄소에 대한 내피독성과 메 탄올과 같은 탄소계열 액체 연료를 사용하기 위한 전 극촉매에 초점을 맞추어서 연구가 진행되고 있다. 현 재까지 수소의 상업적 생산은 천연가스를 개질하여 얻어지기 때문에 고순도 공정을 거쳐서 수소를 제조 하더라도 수에서 수십 ppm의 일산화탄소를 포함하고 있다. 이러한 소량만을 가지더라도 일산화탄소는 백 금과 강하게 결함하는 성질로 인해 백금 표면에 피독 되어 성능감소를 초래한다. 높은 에너지 저장밀도를 가지고 있는 메탄올과 같은 탄소계열 액체연료 또한 동일한 문제를 갖는데, 전극 촉매상 산화과정에서 일 산화탄소가 쉽게 생성되는 내구성 문제와 느린 반응 속도 문제로 상대적으로 많은 양의 촉매 또는 이종금 속을 사용하여야 한다. 따라서 백금 합금(e.g. PtRu, PtSn, etc.)이 연구되어 왔는데, 루테늄과 주석과 같 은 제2금속이 낮은 전위에서도 물로부터의 일산화탄 소와 반응할 산화제 생성이 용이하여 이산화탄소를 생성하기 때문에 내구성 향상에 기여한다. 현재까지 1:1의 백금-루테늄 합금이 메탄올의 산화에 있어서 유리하다고 알려져 있으나 성능을 유지함에 있어 2~8 mg/cm2의 많은 양의 촉매가 담지되어야 한다.
백금 기반으로 하는 연료전지 촉매에서 큰 이슈가 되 고 있는 것은 성능이 우수한 환원전극의 개발이다. 이 는 환원전극상에서 산소환원반응(ORR)이 매우 느린 반응속도를 가져 연료전지의 전체 반응을 지배하기 때 문이다. 또한 느리게 일어나는 산소환원반응은 전극에 높은 과전압을 유도하여 연료전지의 효율을 감소시키 며, 포베이 도표(pourbaix diagram)에서 확인 가능한 것처럼 높은 과전압은 (1.2V vs SHE)은 하기 반응식 에 따라 산화백금을 경유하여 백금촉매의 용해를 촉진 시켜 연료전지의 내구성 및 출력 저하를 가지고 온다.
산화백금의 형성 : Pt + H2O = PtO + 2H++ 2e- 화학적 용해 : PtO + 2H+= Pt2++ 2H2O 따라서 개질된 수소연료나 액체 연료를 사용했을 때 야기되어지는 피독물질에 대한 연구와 더불어 백
금촉매의 용출, 용해 방지와 느린 산소환원반응을 빠 르게 진행시키기 위한 전기적, 구조적인 이해를 바탕 으로한 촉매 설계가 필수적이라 할 수 있다.
저담지 백금촉매 연구 동향
저온형 고체고분자 연료전지의 촉매 연구는 기본적 으로 백금의 사용을 효율적으로 하는 데에 초점이 맞 추어져 왔다. 크게 백금을 나노입자크기로 조절하여 반응 표면적을 늘이기 위한 연구와 합금 및 여러 구조 의 담지체를 사용하여 반응성을 향상시키는 연구가 진행되고 있다. 입자 크기가 작아질수록 무게당 입자
표면적 은 증가하게 되고
표면원자갯수
분산도(D=---) 또한 높아지게 되어 총원자갯수
저담지 백금 촉매 제조에 유리하다. 따라서 촉매 입자 크기를 조절하거나 담지체를 사용하여 촉매의 사용량 을 줄이기 위한 연구가 진행되어지고 있고 많은 결과 가 보고되고 있다. 예를 들어 콜로이드 방법으로 백금 입자 크기를 조절한 후 탄소 담지체에 증착하면 실제 반응이 일어나는 삼상계면(triple phase boundary)을 늘일 수 있게 되고 이것은 활성 면적이 증가하였음을 의미한다. 이러한 이유로 많은 연구진이 다양한 목적을 위해 탄소입자, 탄소나노튜브, 다공성 탄소 입자와 같 은 다양한 구조의 담지체를 연구하고 있으며 이러한 노력으로 인해 수십년간 100배에 해당하는 백금량을 줄일 수 있었다. 현재 0.2∼0.4mg/cm2범위에서의 Pt 담지량이 효율이 가장 좋은 것으로 보고되고 있지만, 상업화를 위해서는 현재 기술로부터 1/5이상의 백금양 이 줄어야 한다고 일반적으로 받아들여지고 있으며 궁 극적으로는 1/10이상의 백금의 사용량이 줄어야 한다.
1) 다양한 담지체의 개발
상기 언급한 바와 같이 담지체를 사용했을 경우 촉 매 활성 면적을 중가시키는데에 있어서 많은 잇점을 가지고 있다. 담지체로 사용하기 위한 조건은 전기전
도성 및 화학적 내구성이 우수해야 한다. 담지체의 표 면특성은 촉매 분산에 큰 영향을 미치며 그 종류에 따 라 표면적과 촉매입자크기, 전기전도도, 산소 및 수소 와의 반응 활성이 달라지게 된다. 동일 백금 담지량 대 비 높은 활성을 제공하기 위한 노력으로써 1차원 구조 의 탄소나노튜브 및 다공성 구조의 탄소입자, 코어-쉘 구조의 담지체 등에 백금나노입자를 증착하여 연료전 지에 적용하는 연구가 발표되고 있다. 탄소나노튜브 담지체는 전기적 전도성이 우수하고 입자들간의 계면 저항을 줄일 수 있는 장점으로 인해 동일양의 백금 입 자를 담지했을 경우 연료의 산화성능이 우수하다고 보고되고 있다. 또한 정렬된 나노 다공성 물질을 담지 체로 사용시 나노사이즈 백금 입자의 분산도를 높일 수 있다고 보고되었으며, 일반적으로 잘 알려진 탄소 입자 담지체에 비해서 동일한 백금양을 담지했을 경 우와 비교해서 20~50wt% 범위에서 높은 활성도가 관찰되었다. 그 이유는 기존 탄소입자 담지체는 백금 담지량이 증가함에 따라 오스왈드 효과 (Ostwald ripening process)에 의해서 입자 크기가 커지게 되는 데 잘 정렬된 다공성 탄소 담지체는 균일하고 작은 금 속 입자의 크기증가를 제한하기 때문이다. 속이 빈 할 로우 구조에 담지된 PtRu 합금 촉매는 메탄올 산화반 응에 대해서 우수한 성능을 보여주었는데 구조특성에 따른 분산도와 높은 전기전도성, 담지체와 촉매금속간 의 상호작용에 의해 결과로 설명되고 있다.
Shirakawa와 Heeger, MacDiarmid가 1977년에 전 도성 폴리머를 발견한 이래로 LED, 배터리, 태양전지 와 같은 다양한 분야에 적용하기 위한 연구가 진행되 어 왔다. π-공액 고분자가 가지는 안정성과 합성의 용 이성, 높은 전기전도성으로 인해 연료전지의 담지체 로 적용이 가능하다. 1차원 구조의 폴리어닐린에 기존 의 폴리올 합성법을 이용하여 백금 나노 입자를 제조 하여 증착하면 고분산도를 가지는 백금/전도성고분자 촉매를 제조할 수 있다. 폴리어닐린의 다공성 특징과 섬유형태의 모양은 전하를 효과적으로 이동할 수 있 고 연료의 원할한 이동을 가능하게 한다고 보고되었
다[그림 2].
탄소 담지체에 질소 원자를 도핑하면 열적, 전기화 학적 안정성 및 활성이 개선되는 결과를 가지고 온다.
탄소담지체에 폴리어닐린의 고분자화(polymerization) 를 거쳐 코어-쉘 구조의 담지체를 제조하면 폴리어닐 린은 탄소 담지체 위에 고르게 분산되고 4배에 가까 운 표면적의 개선이 관찰된다고 보고되었다. 이것은 질소 도핑에 따른 젖음성과 친수성의 좋아졌기 때문 일 것이다. 또한 도핑되지 않은 탄소에 비교해서 상대 적으로 균일하고 좀더 작은 백금입자 담지가 가능하 였다. 이 외에 탄소상에 증착된 폴리옥소메탈레이트 는 일산화탄소를 효과적으로 산화시킬수 있는데 이를 이용하여 제조된 촉매는 수소 및 메탄올에 대해 높은 활성과 내구성을 보여주었다.
2) 다원계 합금 촉매 개발
산소 환원반응에 대한 촉매의 낮은 활성 때문에 백 금양을 줄이는 데에 한계를 가지고 있는데, 이론적으 로 백금 담지량(0.4mg/cm2 이하)이 줄어듬에 따라 전압손실이 발생하기 때문이다. 산소환원반응의 느린 반응속도 때문에 0.4~0.5V 연료전지 작동 상태에서 환원전극내에서는 과전위가 발생하는데 이러한 반응 속도를 개선시키기위해 합금촉매는 연구되어져 왔고 백금-루테늄, 백금-크롬, 백금-철과 같은 이원계 합금 을 포함 삼원계 합금까지 폭넓게 보고되고 있다. 최근 엔 구리와 백금을 코어-쉘 구조의 나노입자로 제조하 여 산소의 환원 반응을 4~5배 이상 개선시켜 백금의 담지량을 줄인 연구를 비롯하여 코발트, 루테늄 등 여
그림 2. 폴리어닐린 섬유 담지체상에 백금 촉매가 담지된
연료전지 전극촉매.
러 금속을 응용하여 새로운 다원계 합금재료를 개발 하고 있다. 이러한 합금촉매의 산소환원반응에 대한 활성의 개선은 백금 격자 사이의 거리의 조절과 백금 의 배위수, 백금 5d band vacancy, 백금 입자 표면 면적을 조절함으로서 이룩할 수 있다.
또한 연료산화전극에서의 대표적인 다원계 합금으 로 백금-루테늄 합금을 들수 있는데 루테늄이 가지는 수산화기에 대한 친화성은 백금입자와 강하게 결합하 는 일산화탄소를 이산화탄소로 산화시켜 효과적으로 제거하여 연료전지의 내구성을 향상시키는 결과를 가 지고 온다. 게다가 메탄올의 부분산화과정에서 생성 되는 일산화탄소를 효과적으로 제거할 수 있어 메탄 올 연료전지의 산화전극 촉매로 동일하게 사용되어지 고 있으며, 에탄올의 산화성능의 경우 가장 우수한 합 금은 백금-주석으로 알려져 있다. 백금기반의 다양한 삼원계 합금 촉매의 전기화학적 메탄올 산화반응에 대한 비교결과들이 최근에 보고되고 있다. 백금합금 촉매에서 가장 중요한 문제는 연료전지 운전환경에서 합금된 촉매재료의 부식에 따른 안정성이다. 백금과 합금을 이루는 대부분의 전이금속은 산성상에서 산소 와 함께 쉽게 용해되는 특징을 가지고 있는데 용해된 금속이온은 고분자막으로 녹아들어가 연료전지성능 을 떨어뜨린다. 크롬이나 티타늄과 합금화했을 경우 는 그 촉매의 부식현상이 일어나지 않았을 뿐더러 성 능저하 또한 관찰되지 않았다는 보고가 있다.
백금의 용해, 용출 등의 활성 감소 원인을 알아내기 위한 노력 또한 진행되어 왔고, 대표적으로 용해-재 증착 과정을 거쳐 입자크기가 성장하는 오스왈드 효 과 및 백금 결정성 이동에 백금 입자들간의 뭉침 현 상, 탄소 담지체의 부식에 의한 뭉침 현상으로 설명하 고 있으며 이 현상은 고체 폴리머 막의 백금 이온과 수소의 크로스오버를 통한 환원에 의한 백금의 손실 을 포함한다. 이러한 손실은 근본적으로 백금이 산소 종을 경유하여 용해되는 열역학적인 특징 때문인 것 으로 설명되어지는데, 이러한 백금의 손실을 방지하 기 위해 탄소 담지체 위에 백금-금 합금촉매가 산소
종의 흡착을 제 2금속인 금이 대신 수행함으로 인해 백금산화를 감소시켜 3만번 이상의 전기화학적 가속 화 시험에서 안정한 상태를 유지하였다는 결과가 있 다[그림 3].
3) 나노입자 결정구조 및 1차원 구조의 금속 촉매 현재까지는 3nm 크기를 가지는 백금입자가 가장 효율이 좋은 것으로 알려져 있으며 이러한 균일한 나 노입자를 합성하기 위해 다양한 합성법이 소개되고 연구되어졌고, 나아가 여러 결정학적 구조를 가지는 나노 입자 및 나노 막대 등을 연료전지 촉매에 적용하 기 위한 시도도 이루어지고 있다. 대표적인 합성법은 폴리올 과정과 같은 콜로이드제조법 및 강한 환원제 를 이용한 화학적 환원법, 초음파 합성법, 마이크로 웨 이브를 이용하는 침전법 등이 있으며 최근 들어서는 1 차원 구조 금속촉매 제조를 위해 템플레이트를 이용 하거나 전기 방사법을 이용하여 나노막대나 나노튜브 와 같은 여러 구조의 금속 촉매의 제조가 가능하게 되 었다. 촉매를 1차원 구조로 제조[그림 4]하였을 경우 담지체 없이 메탄올에 대해 우수한 산화효과를 보여 주었으며, 1차원 구조의 합금 촉매 또한 성능 및 내구 성이 우수함이 관찰되었다. 이는 1차원 구조로 야기되 는 효과적인 전하의 이동과 물리적 계면 특성이 우수 하기 때문으로 설명하고 있다.
다른 접근 방법 중 하나는 금속 입자 결정면에 따라 전기 화학적 산화 활성에 영향을 미친다는 것이다. 백 금 입자를 원하는 결정면으로 성장시킨 경우 개미산 및 에탄올과 같은 탄소계열 연료에 대해서 높은 활성
그림 3. 탄소에 담지된 금-백금촉매의 산소가 포화된 염산
용액상에서 3만번 이상의 가속화 시험결과.
결과를 보여주었다. 또한 백금-니켈(Pt3Ni)합금의 결 정면에 따라 백금의 (111) 결정면에서 보다 10배 이 상의 활성을 보여주었으며, Pt/C 사용했을때 보다 90 배 이상의 활성 개선을 보고하였다. 50% 니켈 원자들 위에 백금 원자가 조밀하게 쌓임에 따라 백금사이의 전기적 끌림 현상이 줄어들어 촉매표면에 산소종의 형성을 줄이고 산소가 깨지는 반응을 쉽게 수행하고 탈착시키기 때문이라고 설명하고 있다.
4) 비백금 촉매 연구 동향
연료전지의 백금을 대체하기 위해 지난 수 십년 동 안 많은 노력이 있어왔지만 백금과 비견될만한 전극 촉매 연구 결과는 없는 것이 사실이다. 백금의 산성상 태에서의 열역학적인 안정성과 수소 및 산소와의 반 응성이 매우 뛰어나지만 경제성 측면에서 이를 대체 하기 위한 노력이 여러 방향에서 진행이 되고 있다. 팔 라듐, 코발트, 금, 티타늄 등과 함께 높은 산소활성을 가지는 최적화된 금속합금에 대한 열역학적인 가이드 라인이 제시되었고 메탄올 연료전지 환원전극으로 팔 라듐 계열의 촉매(Pd-Ti and Pd-Co-Au)는 산소환 원반응에 대해 우수한 활성이 보인다고 보고하였다.
또한, 팔라듐-코발트-몰리브덴(Pd-Co-Mo)의 3원계 합금은 산소환원 반응에 있어서 백금과 비교되어질 뿐만 아니라 내구성평가에서도 우수하다고 보고하였 다. 최근 들어서는 코발트-폴리피롤-탄소 촉매를 환원 전극촉매[그림 5]로써 수소-산소 고분자 연료전지 시 험에 있어서 100시간 동안 내구성 평가를 한 결과 출 력의 감소를 나타내지 않았다는 보고가 있다. 코발트 는 열역학적으로 산성상태에서 쉽게 용해되는 특징을 가지고 있으나 전도성 고분자의 폴리피롤의 질소 리 간드에 결합하여 열분해를 통하여 안정화시키면 산소 환원반응을 나타내면서 안정하게 되는데, 촉매의 활성 이 백금에 비해서 매우 낮은 결과 값을 보여주고 있으 나 아직 최적화에 대한 연구와 반응 경로에 대한 연구 는 진행이 되어있지 않은 상태이며, 열처리된 코발트- 폴리피롤이 안정화에 대한 메카니즘 또한 아직까지 정확히 규명되지 않았다. 따라서 이러한 메카니즘의 규명을 위한 노력과 더불어 나아가 새로운 백금 대체 촉매에 대한 개발이 이루어져야 할 것이다.
맺음말
저온형 고분자 연료전지의 전극촉매는 아직까지 많 은 기술적인 과제가 남아있다. 체계적인 연구를 위해 반응 메카니즘의 이해로부터 얻을 수 있는 촉매 활성 점의 특성 등과 같은 정보로 촉매 설계를 가능하게 해 야하며, 이와 같은 지식으로부터 연구자가 설계한 촉 매를 나노크기 수준에서 구조를 조절 할 수 있어야 한 다. 더불어 반응상에서의 촉매 구조 변화를 이해할 수 있어야 하며, 이 과정에서 연료의 반응물 생성물과 촉 매간에 상호작용하는 환경 또한 고려되어야 한다. 이 러한 연구를 바탕으로 전체 반응 속도를 결정하는 산 소의 환원반응 속도를 증대 및 촉매 용해를 방지함으로써 연료전지의 효율성을 제고하 는 것을 포함해, 궁극적으로 비백금 전극 촉매 재료를 개발함으로써 가격 경쟁력을 갖추어 저온형 고분자 연료전지 상용화를 앞당길 수 있을 것이다.
