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연료전지 음극에서 일어나는 산소환원반응(oxygen reduction reaction·ORR) 촉매는 성능과 내구성을 결정한다. 기존 백금(Pt) 기반 인터메탈릭(intermetallic) 촉매는 내구성이 뛰어나지만 전자 구조를 유연하게 조절하기 어려워 성능 최적화에 한계가 있다. 이런 탓에 실제 수소차 등 고부하 조건에서는 효율과 내구성을 동시에 만족시키기 어렵다.
연구팀은 이를 극복하기 위해 Pt-코발트(Co) 규칙 구조에서 Co 일부를 니켈(Ni)로 대체했다. 원자 배열의 질서를 유지하면서도 전자 구조와 표면 반응을 조절해 인터메탈릭 나노촉매를 합성하는데 성공했다.
이 촉매는 전기화학 성능 평가에서 상용 Pt/C 촉매보다 질량 활성이 10배 이상 높았고 15만회 이상 가속 내구성 시험 후에도 처음 성능의 96% 이상을 유지했다.
이광렬 교수는 “상용화 가능한 수준의 성능과 내구성을 동시에 확보한 만큼 차세대 수소 연료전지 기술 발전에 기여할 것”이라고 말했다.
