나노기술 및 정책 정보

• 목록

● 미국 University of Illinois Chicago의 Reza Shahbazian-Yassar 교수 연구팀이 새로운 유형의 첨가제를 개발하여 저렴한 철-질소-탄소 연료전지 촉매의 내구성을 향상시키는 기술을 개발

● 리튬전지와 대조적으로 연료전지는 에너지를 생성하기 위해 촉매에 의한 화학반응에 의존하며, 리튬전지는 1회 충전으로 100~300마일의 주행거리를 이동할 수 있고, 충전하는 데 오랜 시간이 소요되지만, 연료전지는 산소나 수소 같은 풍부한 원소를 이용하고 5분 이내에 충전이 완료되며, 1회 충전으로 400마일 이상을 이동하는 것이 가능

● 하지만, 연료전지에 사용되는 촉매는 주로 백금을 사용하기 때문에 비싼 편이며 저렴한 촉매는 내구성이 낮은 문제가 있음.

● 이에 연구팀은 이미징 기술을 사용하여 자유 라디칼을 비활성화하는 탄탈륨-티타늄 산화물 나노입자로 구성된 첨가제(스캐빈저 나노입자)에 관한 연구를 수행하여 첨가제가 작동하는데 필요한 구조적 매개변수를 정의

● 특히, 스캐빈저 나노입자의 크기와 스캐빈저 나노입자를 구성하는 탄탈륨과 티타늄 산화물의 비율을 확인할 수 있었으며, 이를 통해 부식 및 열화로부터 연료전지를 보호하는 첨가제에 필요한 요소를 확인

● 실험 결과, 첨가제로서 탄탈륨과 티타늄 산화물의 고용체가 필요하며, 나노입자는 5nm 정도여야 하고, 탄탈륨과 티타늄 산화물의 비율은 6대 4여야 한다는 것을 확인

● 연구팀은 Fe-C-N계 연료전지 촉매에 스캐빈저 나노입자를 첨가했을 때, 과산화수소 수율이 2% 미만(51% 감소)으로 억제되었으며, 연료전지의 전류밀도 감소는 33%에서 3%로 감소하는 것을 확인

※ Nature Energy 게재(2022.03.25.), “Ta–TiOx nanoparticles as radical scavengers to improve the durability of Fe–N–C oxygen reduction catalysts”