이번 연구에 참여한 재료연 연구진(재료연 제공)© 뉴스1

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(서울=뉴스1) 최소망 기자 = 국내 연구진이 버려지는 전력으로 '수소'를 생산할 수 있는 기술을 개발했다. 에너지 관리 비용을 절약할 수 있는 단초가 될 전망이다.

23일 재료연구소(KIMS)는 최승목 표면기술연구본부 박사 연구팀이 수소를 생산하는 수전해 시스템의 효율과 내구성을 높이는 '고효율 비귀금속 촉매'를 저렴한 비용으로 합성할 수 있는 전착 공정 기술을 개발했다고 밝혔다.

최근 수소에너지에 대한 관심이 높지만 현재 생산되는 대부분 수소는 화석연료를 기반으로 생산하고 있다. 때문에 버려지는 유휴 전력으로 물을 전기분해하는 것이 필요했다. 또 이를 생산하기 위한 수전해 시스템 중 하나인 음이온 교환막 수전해는 저가 비귀금속 촉매를 사용하는 장점이 있지만 사용되는 촉매의 활성과 내구성이 낮다는 한계가 있었다.

연구팀은 이를 해결하기 위해 저가 고성능·고내구성을 갖춘 비귀금속 2차원 나노구조 촉매를 개발했다. 재현성 높은 원스텝 전착 공정 기술을 통해 촉매가 기판위에 바로 증착됨으로서 촉매 합성공정을 단순화했다.

기존 '전극 제조 공정'(촉매 합성-촉매 슬러리-전극 코팅)을 벗어나 단일 원소가 아닌 구리(Cu)·코발트(Co)를 동시에 2원계로, Cu·Co·인(P)을 동시에 3원계로 2차원 나노 구조 형상으로 전극 기판에 직접 전착할 수 있는 원스텝 공정을 개발했다.

이 연구 결과로 촉매층과 전극 기판의 접착성을 높여 전도성을 높이고 기존 공정에 사용되는 접착제를 사용하지 않아 높은 활성과 내구성을 확보했다. 수소 발생의 주요 저항 중 하나인 물질 전달 저항을 감소시켜 수소 및 산소 발생 효율과 내구성을 비약적으로 높였다. 후속 연구를 통해 기존 이리듐 산화물 촉매보다 1.5 배 우수한 활성의 촉매를 개발했다.

최승목 재료연 박사는 "이번 기술을 통해 높은 수소 발생 효율을 보이는 저가의 비귀금속 촉매 전극을 원스텝으로 재현성 있게 대면적으로 제작하는 것이 가능해졌다"면서 "이를 통해 저가로 수소를 생산할 수 있는 수전해 시스템의 상용화를 앞당길 수 있을 것"이라고 말했다.

이번 연구 결과는 미국화학회의 '에이씨에스 어플라이드 머테리얼즈 앤 인터페이시즈'(ACS Applied Materials & Interfaces)와 '에이씨에스 서스테이너블 케미스트리 앤 엔지니어링'(ACS Sustainable Chemistry & Engineering)에 게재했다.
somangchoi@news1.kr

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