효율·내구성 동시에 잡은 ‘수전해 촉매’ 나왔다!

[헤럴드경제=구본혁 기자] 국내 연구진이 세계 최고 수준의 수전해 촉매를 개발했다. 하나의 금속산화물에서 온도 조절만으로 나노입자의 조성을 최적화해 더 많은 산소와 수소를 발생시키는 촉매를 생산하는 기술이다.

한국에너지기술연구원은 플랫폼연구실 김병현 박사 연구진이 경북대학교 김명진 교수, 미국 조지아텍 이승우 교수와 공동연구를 통해 저렴한 그린수소 생산의 핵심인 고성능‧고내구성을 확보한 수전해 촉매를 개발했다고 3일 밝혔다.

이번 연구결과는 영국왕립화학회에서 발행하는 에너지‧환경 분야 국제학술지 ‘에너지&인바이론먼털 사이언스’ 5월호 표지논문으로 게재됐다.

친환경적인 수소생산 방법인 수전해 방식은 온실가스를 배출하지 않는 친환경성에도 불구하고 고가의 전력비용이 기술상용화의 걸림돌이었다. 따라서 적은 에너지로 수소를 생산할 수 있는 고성능고내구성 촉매개발이 요구된다.

연구진은 금속산화물을 이루는 양이온들의 환원 온도가 서로 다르다는 것에 착안해 정밀한 환원 온도 제어를 통해 표면으로 용리되는 나노입자의 조성을 최적화하는 방법을 개발했다. 이를 이용해 500 ℃의 환원 온도에서는 금속산화물 표면에 니켈 나노입자를, 550 ℃의 환원 온도에서는 니켈-루테늄 합금 나노입자를 생성해 서로 다른 조성을 갖는 금속나노입자-금속산화물 촉매를 성공적으로 생산했다.

연구진은 니켈-금속산화물로 이루어진 산소발생 촉매와 니켈루테늄-금속산화물로 이루어진 수소발생 촉매를 수전해 장치의 양극과 음극에 적용했다. 그 결과 기존의 이리듐, 백금 촉매를 사용한 상용 수전해 장치에 비해 61% 향상된 수소 발생을 달성했으며 30시간의 장기구동에서도 98% 이상의 성능을 유지해 높은 내구성을 갖는 것을 확인했다.

김병현 박사는 “계산과학을 바탕으로 수전해 촉매의 성능 향상 원인을 성공적으로 규명할 수 있었고, 이번 연구 결과가 새로운 촉매를 디자인하는 데 큰 도움이 될 것”이라고 말했다.