값비싼 백금을 사용하지 않고도 수전해를 통해 청정수소를 얻을 수 있는 기술이 국내에서 개발됐다.
한국과학기술원(KAIST) 생명화학공학과 김희탁 교수 연구팀과 한국에너지기술연구원 두기수 박사 연구팀은 백금없이 수소를 생산할 수 있는 차세대 수전해 기술을 개발했다고 11일 밝혔다.
물을 전기로 분해하는 수전해 기술은 친환경 수소 생산 방식으로 주목받고 있다. 특히 양이온 교환막 수전해(PEMWE)는 고순도 수소를 고압으로 생산할 수 있어 차세대 수소 생산 기술로 평가받는다. 그러나 기존 PEMWE 기술은 고가의 귀금속 촉매와 코팅재에 대한 의존도가 높아, 상용화에 한계가 있었다.
연구팀은 수전해 전극에서 고활성 촉매로 주목받는 '이리듐 산화물(IrOx)'이 제성능을 발휘하지 못하는 주된 원인에 집중했다. 이는 전자 전달이 비효율적으로 일어나기 때문이다. 연구팀은 이에 대한 해결책으로 단순한 촉매 입자 크기 조절만으로도 성능을 극대화할 수 있음을 세계 최초로 입증했다.
또 반응성과 전자 이동을 동시에 보장하는 계면구조 최적화에도 성공했다. 이를 통해 기존에 불가피하다고 여겨졌던 촉매 활성도와 전도도 사이의 상충관계를 정밀한 계면 설계로 극복할 수 있게 됐다고 연구팀은 설명했다.
이번 성과는 고성능 촉매 소재 개발은 물론, 향후 귀금속 사용량을 획기적으로 줄이면서도 고효율을 달성할 수 있는 양이온 교환막 수전해 시스템 상용화에 중요한 이정표가 될 것으로 기대된다.
김희탁 교수는 "이번 연구는 고성능 수전해 기술의 병목현상이었던 계면 전도성 문제를 해소할 수 있는 새로운 인터페이스 설계 전략을 제시한 것"이라며 "백금 등 고가소재 없이도 고성능을 확보할 수 있어, 수소경제 실현에 한 걸음 더 가까워진 계기가 될 것"이라고 말했다.
이번 연구결과는 에너지 및 환경분야 최고 권위 국제학술지인 '에너지 및 환경과학(Energy & Environmental Science)'에 게재됐다.
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