수소생산 효율 높일 다공성 탄소 전극 개발

기사내용 요약
연구재단, 질소 도핑된 탄소 소재 이용으로 귀금속 촉매 수전해 특성 향상

[대전=뉴시스] 질소 도핑된 탄소 매트릭스와 이리듐-루테늄 나노 촉매 및 장점. 이리듐-루테늄 합금 촉매는 탄소 껍질로 보호되고 탄소 소재는 질소 도핑돼 촉매 및 지지체의 높은 내구성을 확보한다. 열분해 시 형성된 크랙은 전해질과 생성 기체의 이동을 용이하게 도와 고성능의 고분자 전해질 수전해 시스템을 구현한다. *재판매 및 DB 금지

[대전=뉴시스] 김양수 기자 = 수소생산의 효율을 높일 수 있는 다공성 탄소 기반 전극이 국내 연구진에 의해 개발됐다.

한국연구재단은 인천대학교 권오중 교수, 경희대학교 김명준 교수, 서울대학교 성영은 교수 연구팀이 공동연구를 통해 고분자 전해질 수전해 기술에 활용 가능한 질소 도핑 다공성 탄소 전극을 개발해 나노입자 촉매의 내구성을 향상시켰다고 1일 밝혔다.

물을 전기분해해 수소를 생산하는 수전해 기술에서 탄소와 같은 지지체를 사용할 경우 지지체 산화에 의해 촉매의 내구성이 떨어지는 문제가 있다.

가장 우수한 소재로 꼽히는 타이타늄 펠트도 상대적으로 작은 표면적과 낮은 촉매 활용률, 높은 전기적 저항으로 수전해 시스템의 효율을 저해시킨다는 한계가 있다.

이번에 공동 연구팀은 과량의 질소가 도핑된 탄소를 사용해 탄소의 소실에도 촉매의 활성과 내구성을 확보할 수 있는 방법을 제시했다.

이를 통해 산화에 강한 질소가 도핑된 탄소층을 형성하고 이리듐-루테늄 나노입자 촉매를 탄소층에 내장시키는 방법을 적용, 탄소 기반 전극의 특성을 향상시켜 탄소가 용해되는 영향을 최소화하는 동시에 나노입자 촉매의 활성을 증가시켰다.

연구팀 관계자는 "열분해 시 형성된 지지체의 크랙은 산소의 전달을 용이하게 해 수전해 시스템 성능을 향상시키고 질소가 도핑된 탄소 지지체와 이리듐-루테늄 나노 촉매를 감싸고 있는 탄소 껍질은 우수한 내구성을 확보하는 데 기여한다"고 설명했다.

이번에 개발된 질소가 도핑된 탄소 지지체는 수전해 뿐만 아니라 기체 발생을 수반하거나 기체를 반응물로 사용하는 전기화학시스템에 적용이 가능하다.

향후 이산화탄소 환원 반응을 포함한 여러 전기화학 촉매반응에 적용될 것으로 기대된다.

한국연구재단 지원으로 수행된 이번 연구성과는 재료공학분야 국제학술지 '어드밴스드 펑셔널 머티리얼즈(Advanced Functional Materials)'에 지난 3월 28일 게재됐다. 논문명 Ir-Ru Electrocatalysts Embedded in N-doped Carbon Matrix for Proton Exchange Membrane Water Electrolysis

권오중 교수는 "이번 연구는 고분자 전해질 수전해 방법을 이용한 수소생산 공정의 에너지 효율 및 시스템 수명을 늘리는데 기여할 것"이라고 말했다.

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