'모양만 바꿨을 뿐인데' 수소생산 효율 10배 늘었다

에너지기술연구원, 물에서 수소만들때 쓰는 촉매 성능 향상

오목한 형태의 이리듐 촉매가 원자단위 계단 형태의 표면을 많이 갖고 있어 산소 발생 반응에 매우 효과적으로 기존 편평한 촉매보다 약 10배 가량의 성능 향상됐다. 에너지기술연구원 제공

[파이낸셜뉴스] 한국에너지기술연구원 김병현·조현석 박사팀이 경북대 김명진 교수와 조지아 공과대 이승우 교수와의 공동연구를 통해 물에서 수소를 만들때 사용하는 촉매의 효율을 10배 이상 향상시켰다.

김병현 박사는 16일 "이번 연구 결과가 다양한 전기화학 촉매를 개발하는데 큰 도움이 될 것"이라고 말했다.

물을 전기분해해 수소를 만드는 수전해 방법은 양극에서 산소가, 음극에서 수소가 발생한다. 양극과 음극 중 어느 한쪽이라도 성능이 떨어지면 산소와 수소 생산 속도가 모두 느려진다. 연구진은 어떻게 해야 양극에서 산소가 빨리 만들어질 수 있을지에 대해 집중했다.

연구결과, 지금까지 양극에 많이 쓰는 이리듐 촉매의 중심부를 오목한 모양으로 바꾸자 산소 발생 효율이 10배 이상 크게 올랐다. 연구진은 최근 보고된 이리듐 기반의 촉매 중에서 가장 뛰어난 성능을 달성했다고 설명했다.

연구진은 또 실시간 X-선 흡수 분광법과 계산과학을 이용해 분석했다. 그 결과 이리듐 촉매의 오목한 형태가 산소 발생 반응에 적합하다는 것을 확인했다. 김병현 박사는 "실험적 관찰이 제한적인 나노 촉매 분야에서 계산과학을 바탕으로 실제 수전해 반응 조건 하에서의 원자 단위 구조와 촉매 성능 사이의 연관성을 밝혀냈다"고 말했다.

이번 연구 결과는 환경공학 분야 세계적 권위지인 '어플라이드 카탈리시스 비-인바이런멘탈(Applied Catalysis B-Environmental)'에 게재됐다.

한편, 수소이온 교환막(PEM)을 이용한 수전해 방식은 수소 생산 과정에서 온실가스나 대기오염 물질을 배출하지 않아 친환경적이다. 또한 물에 다른 물질을 섞지 않고 순수한 물을 전기분해해 고분자 전해질 막을 통해 수소이온을 이동시키는 기술로 재생에너지와 연계한 수소 생산 기술로 주목받고 있다.

뿐만아니라 높은 효율로 고전류밀도 운전이 가능해 상대적으로 설비 설치에 적은 부지를 사용할 수 있다. 이외에도 응답성이 빨라 재생에너지와 연계했을 때 변동성 대응도 용이하다는 장점이 있다.