일본, 연료전지의 가격 저하

- 백금을 사용하지 않는 탄소계의 촉매를 개발 -

일본 화학 메이커인 데이진(Teijin, 帝人)이 연료전지의 비용을 저감하는 새로운 촉매를 개발하였다. 탄소섬유의 원료에 철을 포함한 ′카본 합금(carbon alloys)′의 일종으로 연료 전지의 화학반응에 빠뜨릴 수 없는 촉매가 된다. 가정용이나 자동차용 연료전지에 사용되는 고가의 백금에 대신하는 저비용 촉매로서 실용화를 목표로 한다.

데이진이 개발한 ′카본 합금 촉매′는 탄소섬유의 원료가 되는 ′polyacrylonitrile′에 철을 첨가하여 제조한다(<그림 1>). polyacrylonitrile은 아크릴 섬유의 주성분으로 제조비용이 싸고 조달도 간단한 점이 특징이다. 현재 상태로서는 발전 성능 등의 점으로 실용화의 수준에 이르고 있지 않지만 향후 연료전지의 가격 삭감을 가져오는 유력한 소재로서 기대를 하고 있다고 한다.

연료전지는 화학반응에 의해서 전류를 일으키는 ′전해질′을 사용하여 수소와 산소로부터 물과 전기를 만드는 발전 장치이다. 현재의 주류는 전해질에 고체 고분자막을 이용하는 ′고체 고분자형 연료전지(PEFC : Polymer Electrolyte Fuel Cell)′와 세라믹을 이용하는 ′고체 산화물형 연료전지(SOFC : Solid Oxide Fuel Cell)′의 두 종류가 있다(<그림 2>). 어느 방식에서도 화학반응을 촉진하기 위한 촉매가 필요하게 된다.

작동 온도가 700도 이상이 되는 SOFC에서는 염가의 니켈을 촉매에 사용할 수 있는데 반해 70~90도로 낮은 작동 온도의 PEFC에서는 고가의 백금을 촉매에 사용하여 화학반응을 가속시킬 필요가 있다. 가정용이나 자동차용 연료전지에는 저온으로 취급이 간단한 PEFC가 유력하지만 백금을 사용하기 위해서 고비용이 되는 점이 큰 과제라고 한다.

자동차용 연료전지의 경우에는 1대로 50~100그램의 백금이 필요하게 된다. 공업용 백금의 가격은 1그램당 5,000엔(약 5만원) 전후가 현재의 시세로, 연료전지의 촉매로 1대 당 25만~50만 엔(약 250만~500만 원)의 비용이 소요된다. 염가의 카본 합금 촉매를 이용할 수 있으면 가정용이나 자동차용의 연료전지의 가격 저하로 연결될 것으로 예상된다.

데이진은 카본 합금 촉매의 입자를 미세화하는 것에 의해서 비백금계의 촉매로서는 세계 최고 레벨의 발전 성능을 발휘하는 것을 확인하였다. 다만 실용 레벨의 연료전지에 사용하기 위해서는 보다 나은 발전 성능이나 내구성의 개선이 필요하다. 향후에도 카본 합금 촉매의 개량을 계속하여 2025년까지 실용화할 계획이라고 한다.

출처 KISTI 미리안 『글로벌동향브리핑』

※ 출처 : EngNews (산업포탈 여기에) - 일본, 연료전지의 가격 저하