화학뉴스

울산과학기술원(UNIST)이 값싼 비귀금속 기반의 고성능 초순수 수전해 촉매를 개발했다.
에너지화학공학과 권영국 교수 연구팀은 니켈질화물을 도입한 바나듐-니켈-철 기반 촉매를 개발한 것으로 알려졌다.
수전해 기술은 그린수소를 생산하는 대표적인 기술이나 수전해 기술로 생산한 그린수소는 가격경쟁력이 떨어져 대부분의 수소는 화석연료 기반 메탄(Methane) 개질방법을 통해 생산되고 있다.
이에 기존 수전해 기술 대비 경제성을 높이고자 개발된 시스템이 바로 음이온 교환막 수전해 시스템이다.
수전해 시스템의 내구성을 높이기 위해서는 초순수를 이용한 수전해 기술이 발전돼야 하나 산성이나 알칼리 수전해보다 추가 에너지가 필요해 수소 가격을 낮추기 위해서는 낮은 전압에서 높은 전류 밀도를 보이는 고성능 촉매 개발이 불가피한 것으로 파악된다.
연구팀은 전기도금과 질화공정을 통해 바나듐-니켈-철 옥시수산화물 표면에 니켈질화물을 성장시켜 비귀금속 기반 고성능 산소발생 촉매를 제조했다.
개발 촉매는 알칼라인 조건에서 실질적으로 상업화에 필요한 전류밀도의 2배인 평방센티미터당 1A를 낮은 과전압(270mV)에서 도달했고 안정성 실험에서는 1000시간 동안 손상 없이 안정적으로 구동됐다.
또 음이온 교환막 수전해 시스템의 초순수 환경에서는 전체 셀 전압 1.85V에서 전류밀도 685mA를 나타냈다. 귀금속 촉매 기반 음이온 교환막 수전해 성능과 비교해 2배 가량 높은 수치이다.
권영국 교수는 “촉매의 기본 요소인 성능과 안정성을 동시에 확보하는 것은 수전해 기술의 상업화에 필수적”이라며 “기존 촉매의 단점을 잘 이해하고 해결해 수소경제 실현에 기여하겠다”고 강조했다.
연구 결과는 에너지·환경과학 분야 학술지인 어드밴스드 에너지 머티리얼스(Advanced Energy Materials)에 2022년 12월23일자로 온라인 게재됐고 표지 논문으로 선정돼 2023년 2월10일 출판됐다.
연구는 한국연구재단 중견연구, 산업통상자원부 에너지기술개발사업, 국가과학기술연구회 창의형 융합연구사업의 지원을 받아 진행됐다. (K)