안정적인 수소 생산 장치 부품을 만들었다

에너지기술연구원, 수전해 장치 양극 개발
대면적 테스트에도 성공해 상용화 가능성

한국에너지기술연구원 수소연구단 김민중 박사(오른쪽)와 조현석 박사가 재생에너지로 그린수소를 생산하기 위해 개발한 고내구성 양극판을 보여주고 있다. 에너지기술연구원 제공

[파이낸셜뉴스] 한국에너지기술연구원 수소연구단 김민중 박사팀이 태양광이나 풍력 등 들쭉날쭉한 재생에너지로도 성능저하 없이 안정적으로 물에서 수소를 만들어내는 수전해 장치 부품을 개발했다.

26일 에너지기술연구원에 따르면, 이 부품은 12시간 동안 급격한 시작과 정지를 반복 운전해도 성능이 떨어지지 않고 안정적으로 작동했다. 또한 2500㎠의 큰 면적으로 만든 부품도 테스트에 성공해 상용장치에서의 가능성도 높였다.

수소는 국가 12대 전략기술 중 하나로, 수전해는 수소 분야의 핵심기술이다. '2050 탄소중립' 달성을 위해 국내 그린수소 소요량이 2790만t으로 급격히 증가할 것으로 예상되는 가운데 재생에너지와 연계해 변동성에도 잘 견디는 수전해 장치를 개발하는 것이 시급하다.

수전해 장치는 전기를 넣어주면 물을 분해해서 음극에는 수소가, 양극에는 산소가 동시에 만들어진다. 수소와 산소 생산 속도는 양극의 성능이 좌우한다. 즉 산소가 만들어지는 속도에 맞춰 수전해 장치가 진행되지만, 지금까지 나온 양극은 급격한 전압 변화로 쉽게 손상되고 성능이 떨어졌다.

연구진은 계산과학을 통해 양극의 성분인 니켈과 철 중 철 이온의 함량이 40% 이상일 경우 구조적 안정성이 극대화된다는 것을 알아냈다. 이를 실현하기 위해 부식반응을 적용, 최적의 조건을 찾아내 46%의 고농도 철 이온을 가진 전극 개발에 성공했다.

이렇게 만든 양극으로 수전해 장치를 만들어 성능을 시험했다. 연구진은 "시험 결과, 높은 산소발생반응 성능을 나타내 0.4 A/㎠의 전류밀도에서 87.1%(HHV)의 효율로 수소가 만들어졌다"고 설명했다.

한국에너지기술연구원 수소연구단 김민중 박사팀이 개발한 수전해장치 양극 개발 기술이 에너지와 재료분야 세계적 권위지인 '어드밴스드 에너지 머티리얼스(Advanced Energy Materials)'의 표지논문으로 선정됐다. 에너지기술연구원 제공

김민중 박사는 "이는 선행연구로부터 지속된 연구와 계산과학의 활용을 통해 전극 소재 구조를 설계하고, 이를 구현할 수 있는 전극 제작 기술을 발굴한 것"이라고 말했다. 또한 "수전해 전극의 내구성 향상 기술은 재생에너지로부터 그린수소를 생산하기 위한 핵심 기술 중 하나이기에 보다 많은 관심과 지원이 필요하다"고 덧붙였다.

한편, 연구진은 수전해 장치의 양극을 개발해 에너지와 재료분야 세계적 권위지인 '어드밴스드 에너지 머티리얼스(Advanced Energy Materials)'에 발표했으며, 이 학술지는 표지논문으로 출판했다. 또한 해당 기술은 수요기업으로 기술이전 되어 사업화를 위한 기술 협력을 진행 중이다.
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