친환경 수소에너지 값싸고 빠르게 대량 생산 가능한 시대 열리나

포항공대-광주과기원 공동연구팀…귀금속 대신 사용할 촉매 개발 성공

재료 분야 국제 학술지 'Advanced Functional Materials'에 게제된 논문.

국내 연구진이 수소를 값싸고 빠르게 대량 생산할 수 있는 기술을 개발해 친환경 수소생산 시대가 앞당겨질 것이라는 기대를 모으고 있다.

포스텍 조강우 교수

포스텍(포항공과대학교) 환경공학부 조강우 교수 연구팀과 GIST(광주과학기술원) 지구·환경공학부 이재영 교수 연구팀은 1일 수전해 기술을 통해 효율적으로 수소를 얻을 수 있는 안정적이고 대량 생산이 가능한 촉매를 공동 개발했다고 밝혔다.

수전해 기술은 물 분자에 전류를 흘려 수소와 산소를 분해해 수소를 생산하는 청정에너지 기술이다.

물을 전기분해하면 산소발생반응과 수소발생반응이 동시에 일어나는데, 전체 반응이 속도가 비교적 느린 산소발생반응에 맞춰 진행되는 문제가 있다. 산소발생반응이 느려질수록 수소생산 속도도 느려지기 때문에 산소반응발생의 속도를 올려주는 촉매 사용이 필요하다.

GIST 이재영 교수

현재까지 이 촉매는 백금이나 이리듐 등 값비싼 귀금속 촉매를 사용해 상용화에 어려움이 컸다. 저가의 금속 기반 촉매들이 개발되긴 했어도 귀금속 촉매보다 반응이 느려 실사용에 한계가 있었다.

이런 상황에서 공동연구팀은 니켈-철 스피넬 산화물에 소량의 이리듐 도핑을 통해 이리듐 산화물보다 높은 활성과 기존 니켈-철 산화물보다 우수한 안전성을 가진 산소발생응용 촉매 개발에 성공했다.

이 촉매는 대량생산이 가능한 졸겔법(sol-gel)을 사용했으며, 높은 전류 밀도 조건에서 이리듐 산화물보다 과전압이 40㎷ 이상 낮고, 130일 이상 구동이 가능할 정도로 안정성이 높게 나타났다.

공동연구팀은 이 촉매가 친환경 수소생산을 앞당길 것으로 기대하고 있다.

조강우 교수는 "지속가능한 에너지 개발과 탄소 중립적인 수소 발생을 위해서는 고효율 산소 발생 전기촉매의 활용이 필수적"이라며 "이 연구로 니켈-철 스피넬 산화물제의 높은 활성과 안전성이 확인돼 친환경 수소 생산의 길이 열릴 것으로 기대한다"고 했다.

포스텍 홍석화 대학원생

한국에너지기술연구원(KIER) 황지민 박사

GIST 함가현 박사

이번 연구는 한국연구재단의 지원을 받아 진행됐다. 연구 성과는 재료분야 국제 학술지 '어드밴스트 펑셔널 머티리얼스' 1월호 뒤표지 논문으로 게재됐다.