물에서 수소 얻는 '수전해' 효율·내구성 잡은 촉매 나왔다

이번 연구를 수행한 오남근 UNSIT 연구원(왼쪽)과 서지형 연구원. UNIST 제공.

전기에너지로 물을 수소와 산소로 분리하는 수전해 기술은 탄소 배출 없이 청정 원료인 수소를 생산할 수 있다. 값싸고 오래 가는 촉매 물질 개발이 상용화 관건이다.

울산과학기술원(UNIST)은 박혜성 신소재공학과 교수와 한영규 동국대 융합에너지신소재공학과 교수 공동연구팀이 값비싼 귀금속을 쓰지 않는 수전해 촉매 기술을 개발했다고 8일 밝혔다. 촉매는 전극에서 발생하는 화학반응의 소모 에너지를 낮춰 화학반응을 더 활성화시키는 역할을 한다. 

공동연구팀이 개발한 촉매는 수전해 장비의 음극과 양극 모두에 코팅해서 쓸 수 있다. 일반적으로 수전해 장비는 음극과 양극에 다른 촉매를 쓴다. 음극과 양극에서 각각 수소와 산소가 나오는 다른 반응이 일어나기 때문이다. 

연구팀은 촉매를 구성하는 전이금속칼코겐화합물, 페로브스카이트산화물, 알카리금속 간 전자이동을 통해 촉매 성능을 개선하는 기술을 제안하고 이를 실험적으로 입증했다. 

촉매 제조 공정도 간단하다. 작은 쇠구슬이 담긴 원통 용기에 원료를 놓고 돌리기만 하면 된다는 게 연구진의 설명이다. 

이 촉매는 1㎠ 크기 전극에 100밀리암페어(㎃)의 전류를 흘리는 실험에서도 손상 없이 2500시간 이상 안정적으로 작동했다. 일반적 수전해 촉매는 동일한 면적에 50 밀리암페어 이상의 전류를 흘리면 촉매가 전극에서 벗겨지기 시작하는(탈착) 내구성 문제가 있었다. 전류량(전류밀도)은 수소 기체 생산량과 비례하기 때문에 고 전류밀도에서 내구성이 유지돼야 상업화가 가능하다. 

박혜성 교수는 “수전해 기술 상용화를 위해서는 촉매 효율 자체도 좋아야 하지만 촉매를 값싼 공정으로 대량 생산할 수 있어야 하고 촉매 수명도 길어야 한다”며 “이번 연구로 이같은 조건을 동시에 만족하는 촉매를 개발했다”고 설명했다. 
 

[김민수 기자 reborn@donga.com]