따개비 모양 코발트로 수전해 효율 높였다

GIST 이재영 교수팀-포항공과대 조강우 교수팀 공동연구
양극쪽 새로 개발한 촉매, 적은 전력으로도 산소 만들어 내

산소원자가 결핍된 티타니아의 구조를 닮은 코발트-안티모니 산화물 물분해 전극촉매는 산소발생반응의 반응물 흡착과 활성점으로의 전환이 용이하다. 이로 인해 활발한 전기화학적 산소발생이 가능해져 효율적 수소생산에 기여할 것으로 보인다. GIST 제공

[파이낸셜뉴스] 국내 연구진이 전기로 물을 분해해 수소를 만들때 사용하는 촉매를 저가 금속으로 만들었다. 이 촉매는 기존 백금 촉매를 대체할 수 있으며 표면적이 넓은 따개비 모양으로 만들어 가격경쟁력에서 우수하다고 연구진은 설명했다.

광주과학기술원(GIST)은 지구·환경공학부 이재영 교수팀이 포항공과대 조강우 교수팀과 함께 수전해 기술의 효율을 높이는 산소발생반응 촉매를 개발했다고 11일 밝혔다. 이 촉매를 사용한 결과 수전해 에너지 효율이 기존보다 13% 향상돼 전력량 대비 수소생산량을 증대시켰다.

물을 전기화학적으로 분해하는 수전해 기술은 신재생 에너지와의 결합을 통해 화석연료와 이산화탄소의 배출에서 자유로워질 수 있으며, 고순도의 수소생산이 가능하다는 큰 장점이 있다.

연구진은 적은 전력으로도 산소를 빨리 많이 만들어지는 것에 집중했다. 물을 전기화학적으로 분해하면 음극에서는 수소가 발생하고 양극에서는 산소가 나오게 된다. 이때 수소를 빨리 만들려면 양극에서 만들어지는 산소또한 빨리 만들어져야 한다.

연구진은 코발트 금속을 기반으로 표면적이 넓은 따개비 구조로 만들었다. 연구진이 개발한 촉매는 수전해의 효율 결정 반응인 산소발생반응에서 뛰어난 활성을 보였다. 100㎃/㎠에서 360㎷의 전위에 비해 훨씬 낮은 100㎷에서 산소발생 반응이 일어났다. 또 1.7V의 셀 전압을 적용해 음극쪽에서 가장 높은 수소 에너지 효율 88%를 얻어냈다.

포항공과대학교의 조강우(왼쪽 사진에서 왼쪽) 교수와 홍석화 박사과정생과 GIST의 함가현 박사과정생과 강신우 박사과정생, 이재영 교수. GIST 제공

이재영 교수는 "삼층 따개비 모양의 새로운 촉매구조를 제안하고 반응원리를 밝혀냄으로써 고효율 산소발생반응용 촉매 구조 후보군을 넓혔다"고 설명했다. 또한 조강우 교수는 "이는 저에너지·친환경 수소생산의 길을 앞당겨 수소경제에 크게 기여할 수 있을 것으로 기대된다"고 말했다.

이번 연구는 이재영 교수(교신저자)와 조강우 교수(공동교신저자)가 주도하고 GIST 함가현 박사과정생(제1저자)과 포항공대 홍석화 박사과정생(공동 1저자)이 진행했다. 연구결과는 전기화학 분야의 세계적인 학술지인 'ACS 에너지 레터스' 4일자 온라인에 게재됐다.

monarch@fnnews.com 김만기 기자

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