수소연료전지 촉매 (Catalyst) 시장 개요 (1) - 촉매 세그먼트 분류

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수소연료전지 촉매 (Catalyst) 시장 개요 (1) - 촉매 세그먼트 분류

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2026.06.09. 오후 6:52
 
by 윤성빈, 임다니엘
 
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수소연료전지 촉매 시장 개요

Hydrogen Fuel Cell Catalyst

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- 전극(양극/음극) 및 지지체(탄소/그래핀), 소재별 세분화 

- 연료전지 종류별로 백금, 니켈, 세라믹 등 다양한 활성 소재 적용

- 귀금속 소재 사용량 최소화 및 장기적 안정성, 내구성 확보가 과제

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본 자료는 QYResearch 발간, <Global Hydrogen Fuel Cell Catalyst Market Research Report 2026>의 주요 내용을 토대로 QYResearch Korea 한국법인 (02-883-1278)에서 작성했습니다. 

목차

1. 제품  정의

2. 전극별 분류

3. 지지체별 분류

4. 소재별 분류

5. 연료전지 종류별 분류

1. 제품 정의 

수소연료전지 촉매 (Hydrogen Fuel Cell Catalyst)는 연료전지의 양극과 음극에서 발생하는 전기화학 반응을 촉진하는 핵심 소재입니다. 이를 통해 수소와 산소를 전기에너지로 효율적으로 변환하며, 특히 반응 효율을 극대화하고 과전압(Overpotential)을 감소시켜 연료전지의 전반적인 성능을 향상시킵니다. 

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현재 귀금속 사용량을 최소화하면서도 다양한 운전 조건에서 장기적인 안정성과 내구성을 확보하는 것이 중요한 기술 과제로 요구되고 있습니다.

 

출처: TANAKA, 수소연료전지 촉매 제품

 

수소연료전지용 촉매는 수소 밸류체인 중 ‘활용’ 단계에 적용되는 촉매로서 수소와 산소를 반응 및 결합시켜 전기와 물을 생산하는 역할을 합니다.

 

물을 수소와 산소로 분리 배출하는 수전해 촉매와 반대로, 수소연료전지 촉매는 수소와 산소를 결합하여 물을 배출하고, 이때 발생하는 전기 에너지를 함께 배출합니다. 

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<수소 밸류체인별 촉매 분류표>

구분

	

수전해 촉매

	

수소 저장·운송 촉매

	

수소연료전지 촉매




역할

	

물을 수소와 산소로 분해하는 반응 촉진

	

암모니아, LOHC에 수소를 저장/추출하는 반응 촉진

	

수소와 산소를 반응시켜 전기와 물을 생산




수소 밸류체인

	

생산

	

저장·운송

	

활용




주요 반응

	

수소발생반응(HER), 산소발생반응(OER)

	

암모니아합성·분해, 

LOHC 수소화·탈수소화

	

수소산화반응(HOR), 

산소환원반응(ORR)




반응 환경

	

강산성/ 강알칼리성,

고전압 환경

	

고온·고압 열화학 공정

	

강산성/고온 다습 환경




주요 소재

	

Pt, IrOx, RuOx, Ni

	

Ru, Pt, Pd, Ni, Co, Fe

	

Pt, Pt-Co, Pt-Ni 등




중요 성능

	

화학적 내구성, 내식성, 전기화학 활성

	

열적 안정성, 내열성, 

표면적

	

반응활성, 출력효율, 

내구성




기술적 과제

	

고가의 Ir·Pt 사용량 절감

	

저비용 고효율 촉매 개발

	

저백금(Pt-Thrifting), 

비백금 촉매 개발




응용분야

	

PEM/AEM/알칼라인 수전해

	

암모니아크래킹, 암모니아 합성, LOHC

	

수소차(FCEV)/발전용

건물용 연료전지

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2. 전극별 분류

본 카테고리는 연료전지 스택 내부에서 촉매가 ‘어느 전극에 배치되어 무슨 역할을 하는가’에 따른 기능적 구분입니다.

 

연료극 촉매 (Anode Catalyst): 수소가 주입되는 연료극(음극)에 장착됩니다. 수소 분자를 수소 이온과 전자로 분리하는 산화 반응을 촉진하며, 비교적 반응 환경이 완만하여 니켈 등 대체 소재의 적용 시도가 활발하게 이루어지고 있습니다.

 

공기극 촉매 (Cathode Catalyst): 산소가 주입되는 공기극(양극)에 장착됩니다. 공급된 산소와 이온을 결합시켜 물과 전기를 만드는 환원 반응을 촉진합니다. 반응 속도가 상대적으로 느리고 부식성이 높은 환경이기 때문에, 전체 연료전지 성능을 좌우하며 고성능 백금계 촉매의 의존도가 매우 높은 편입니다.

 

 

출처 : 두산퓨얼셀, 연료전지 원리

 

3. 지지체별 분류

지지체별 분류는 활성 물질(백금, 니켈 등)을 표면에 분산시켜 반응 면적을 극대화해주는 ‘물리적 지지체 구조’에 따른 구분입니다.

 

탄소 지지 촉매 (Carbon-supported Catalyst): 우수한 전기 전도성과 높은 가성비를 바탕으로 현재 시장의 표준으로 자리 잡은 범용 세그먼트입니다.

 

그래핀 지지 촉매 (Graphene-supported Catalyst): 탄소의 차세대 형태인 그래핀을 활용한 고부가가치 세그먼트입니다. 뛰어난 내구성과 전기 전도도를 바탕으로 촉매의 수명을 획기적으로 늘리기 위해 본격적으로 도입되고 있습니다.

 

기타: 탄소나노튜브(CNT)나 금속 산화물 등 특수 나노 지지체 기술이 이 영역에 해당합니다.

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4. 소재별 분류

 백금 촉매 (Platinum catalysts): 현재 시장의 지배적인 주류 세그먼트로, 뛰어난 화학적 활성으로 최고의 효율을 보장하지만, 높은 원가와 공급망 리스크 극복이 주요 과제입니다.

 

니켈 촉매 (Nickel catalysts): 백금의 높은 비용을 대체하기 위해 급부상 중인 비귀금속 세그먼트입니다. 상대적으로 가격이 저렴하여 가성비를 중시하는 시스템이나 특정 구동 환경을 중심으로 채택이 확대되고 있습니다.

 

기타 촉매 (Others): 팔라듐, 루테늄 등 기타 귀금속류 및 유기물 기반의 차세대 비백금 촉매가 이 세그먼트에 포함됩니다.

5. 연료전지 종류별 분류

수소연료전지 종류별 특징 및 주요 사용 촉매는 다음과 같습니다.

 

<수소연료전지 종류별 촉매 분류표>

연료전지 종류

	

작동 온도

	

주요 촉매 

(연료극 / 공기극)

	

귀금속(백금) 

필요 여부

	

주요 용도




고분자전해질 연료전지

(PEMFC)

	

저온 (80℃ 이하)

	

백금(Pt) / 백금(Pt)

	

필수 (매우 높음)

	

수소차, 드론, 가정용




인산형 연료전지

(PAFC)

	

중온 

(200℃  부근)

	

백금(Pt) / 백금(Pt)

	

필수 (높음)

	

건물용 발전




알카리 연료전지

(AFC)

	

저·중온 

(100℃ 내외)

	

니켈(Ni) / 은(Ag) 또는 백금

	

선택적 

(비귀금속 가능)

	

우주선, 특수 목적




용융탄산염 연료전지

(MCFC)

	

고온

 (650℃ 내외)

	

니켈(Ni) / 산화니켈(NiO)

	

불필요 

(금속 촉매)

	

대형 발전소, 선박




고체산화물 연료전지

(SOFC)

	

고온 

(800℃ 내외)

	

니켈-YSZ / LSCF, LSM 등

	

불필요 (세라믹/금속)

	

발전, 건물, 모빌리티용

 

 

(1) 고분자전해질형 연료전지 (PEMFC) : 

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수소차(드론, 넥쏘 등) 및 가정·건물용 발전 시스템에 주로 사용됩니다. 작동 온도는 실온 ~ 80℃ (저온) 이며, 촉매로는 백금 (Pt) 또는 백금계 합금 (Pt-Co, Pt-Ni 등)이 사용됩니다.

​

저온에서 작동하는 특성 상 화학 반응 활성도를 높이기 위해 반응성이 가장 뛰어난 고가의 귀금속 백금(Pt)을 필수적으로 사용해야 합니다. 탄소 지지체에 백금 나노입자를 분산시킨 형태(Pt/C)가 표준입니다. 일산화탄소(CO)에 의해 촉매가 피독(성능 저하)되기 쉬워 순도 높은 수소가 필요합니다.

 

(2) 인산형 연료전지 (PAFC) : 

​

대형 대형 건물, 병원 등의 분산형 발전소에 주로 사용되는 1~2세대 연료전지입니다. 작동 온도는 150℃∼200℃이며, 주요 사용 촉매 (연료극/공기극)는 백금 (Pt)입니다.

​

PEMFC와 마찬가지로 백금을 촉매로 사용하지만, 작동 온도가 비교적 높기 때문에 PEMFC에 비해 일산화탄소(CO) 피독에 대한 저항성이 조금 더 높습니다. 따라서 순수한 수소 외에 메탄 등을 개질한 부생가스도 어느 정도 수용할 수 있습니다.

 

(3) 알칼리형 연료전지 (AFC) : 

​

과거 우주선(아폴로호)의 전원 및 우주 비행사의 음용수 공급용으로 개발되었습니다. 작동 온도는 60℃ ∼120℃이며, 사용 촉매로는 비귀금속 촉매 (니켈(Ni), 은(Ag), 백금(Pt, 소량) 등)가 있습니다. 전해질이 알칼리성(KOH)이기 때문에, 산성 환경인 PEMFC·PAFC와 달리 비귀금속(니켈, 은 등)을 촉매로 사용할 수 있어 재료비가 저렴합니다. 

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다만, 공기 중의 이산화탄소와 반응하면 전해질이 굳어버리는 치명적인 단점이 있어, 이산화탄소가 없는 순수한 수소와 산소 조건에서만 구동이 가능합니다.

 

(4) 용융탄산염형 연료전지 (MCFC) : 

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대형 발전소나 대형 선박의 전원으로 사용되는 고온형 연료전지입니다. 작동 온도는 600℃∼700℃이며, 사용 촉매로는 니켈 (Ni) 또는 니켈-크롬(Ni-Cr) 합금 (연료극), 산화니켈 (NiO, 리튬이 도핑된 형태, 공기극)이 있습니다.

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고온에서 작동하므로 기체 분자 자체의 에너지가 높아 백금 같은 귀금속 촉매가 전혀 필요 없습니다. 저렴한 니켈 기반 소재를 촉매 겸 전극으로 사용합니다. 고온의 열을 이용해 내부에 천연가스를 직접 넣어 수소로 쪼개 쓰는 '내부 개질'이 가능합니다.

 

(5) 고체산화물형 연료전지 (SOFC) : 

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현존하는 연료전지 중 효율이 가장 높으며, 모빌리티는 물론 대형 발전 및 건물용으로 급부상 중입니다. 작동 온도는 600℃∼1000℃의 초고온이며, 사용 촉매로는 연료극에 니켈-YSZ 복합체 (Ni-YSZ Cermet), 공기극에 페로브스카이트 구조의 산화물 세라믹 (LSM, LSCF 등)이 있습니다.

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MCFC와 마찬가지로 초고온 구동 덕분에 귀금속 촉매를 쓰지 않습니다. 연료극의 니켈(Ni) 촉매는 수소 산화뿐만 아니라 메탄을 수소와 일산화탄소로 쪼개는 내부 개질 능력이 매우 뛰어납니다. 공기극 역시 금속이 아닌 전도성 세라믹(LSM, LSCF) 자체가 산소 환원 반응을 돕는 촉매 역할을 합니다.

 

결론적으로 작동 온도가 낮은 연료전지(PEMFC, PAFC)일수록 비싼 백금 촉매에 의존해야 하고, 작동 온도가 높은 연료전지(MCFC, SOFC)일수록 니켈이나 세라믹 같은 저렴한 비귀금속 촉매를 사용할 수 있습니다. 

 

<수소연료전지 촉매 시장 세그먼트>

분류 기준

	

내용




전극

	

* 연료극 촉매 (Anode Catalyst)

* 공기극 촉매 (Cathode Catalyst)




지지체

	

* 탄소 지지 촉매 (Carbon-supported Catalyst)

* 그래핀 지지 촉매 (Graphene-supported Catalyst)

* 기타 (Others)




소재

	

* 백금 촉매 (Platinum catalysts)

* 니켈 촉매 (Nickel catalysts)

* 기타 촉매 (Others)




연료전지 종류

	

* 탄화수소 연료전지 (Hydrocarbon Fuels Cell)

* 수소-산소 연료전지 (Hydrogen-oxygen Fuel Cell)

* 기타 (Others)

출처: QYResearch, Global Hydrogen Fuel Cell Catalyst Market Research Report 2026

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<글로벌 시장보고서>

Global Hydrogen Fuel Cell Catalyst Market Research Report 2026

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윤성빈

QYResearch 한국 대표입니다. 글로벌 시장분석 및 진출 전략 전문가이자 경영학 박사로서 국내외 기업 및 투자자들에게 유용한 미래 유망산업 정보를 제공하고 있습니다. 글로벌 경영컨설팅사 출신으로 신산업 전망, 사업타당성 분석, 투자유망기업 발굴, 해외시장진출전략 등이 전문분야입니다.

임다니엘

QYResearch Korea 애널리스트 (Analyst)로 근무 중입니다. 영어, 중국어에 능통하며 신성장산업 발굴 및 시장 분석을 담당하고 있습니다.

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