친환경 에너지에 대한 수요와 관심이 높아지면서 수소연료전지가 주목받고 있습니다. AI 기술은 수소연료전지의 촉매 소재 개발을 혁신하고 있습니다. 이 연구의 중요성과 가능성에 대해 알아보도록 하겠습니다.
AI를 활용한 수소연료전지 촉매 개발
한국과학기술연구원(KIST)의 김동훈 선임연구원을 중심으로 한 연구팀은 최근 AI(인공지능)를 활용하여 수소연료전지의 핵심 요소인 촉매 소재를 탐색하고 개발하는 혁신적인 노력을 기록하였습니다. 이러한 노력은 수소 연료전지 분야에서의 혁신을 주도할 수 있을 것으로 기대됩니다.
수소연료전지의 인공지능 기반 연구과정
연구팀의 핵심은 AI를 기반으로 한 촉매 선별 방법론입니다. 이를 위해 연구팀은 촉매 표면에서 흡착 물질의 결합 에너지를 정확하게 예측하기 위한 촉매구조 그래프 합성곱 신경망(SGCNN) 인공지능 모델을 개발하였습니다. 이 모델은 미세한 구조나 표면 특성을 고려하지 않고도 물질의 특성을 정확하게 예측할 수 있도록 발전시켰습니다. 이러한 모델을 활용하여 연구팀은 연료전지 양극반응 촉매 소재 개발에 있어서 기존의 밀도범함수이론(DFT)을 이용한 흡착에너지 시뮬레이션 계산법보다 약 3200개의 삼원소계 후보 소재들의 가능성을 단 하루 만에 탐색할 수 있었습니다.
빠른 후보 소재 선별과 개발 연구결과
AI 모델을 활용한 이 연구는 백금(Pt) 촉매를 능가하는 가능성이 있는 10개의 촉매 후보 소재를 선별하였고, 이를 실험 검증을 통해 삼원소계 신규 합금촉매로 개발했습니다. 이 신규 촉매는 순수 백금 촉매와 비교하여 백금 원소 사용량을 37%로 줄이면서도 2배 이상 높은 반응전류밀도를 달성하는 고성능을 보여주었는데요. 더불어, 내구성 면에서도 훌륭한 성과를 나타내어 수년에 걸치는 안정성 테스트에서도 성능이 거의 변하지 않았습니다.
수소연료전지 연구의 미래 전망
김동훈 연구원은 "향후 양질의 흡착에너지 데이터를 지속적으로 구축해 더욱 정교한 인공지능 모델링을 수행해 촉매 소재 개발의 성공률을 높일 것"이라고 희망적으로 전망하였습니다. 이러한 연구는 수소 자동차와 연료전지 기술을 포함한 친환경 에너지 분야에서의 혁신적인 발전을 암시하며, 지속 가능한 미래에 대한 기대를 높이는 것 같습니다.
수소연료전지의 결론
이러한 물소자연 수소생성 기술의 발전은 친환경 연료전지 기술의 진화를 가속화시킬 것으로 기대되네요. AI를 활용한 촉매 연구는 과학기술 분야에서의 혁신과 지속 가능한 환경을 위한 발전에 도움을 주고 있으며, 한국과학기술연구원(KIST)을 비롯한 국내 연구 기관의 역량을 대폭 향상할 것으로 기대됩니다.
