그린수소 안정적으로 생산할 수전해 장치 개발

한국에너지기술연구원 수소연구단 연구 성과

Advanced Energy Materials 7월호 표지에 한국에너지기술연구원 김민중 책임연구원 연구팀의 연구 성과가 실렸다./Advanced Energy Materials

이산화탄소 배출이 없는 청정에너지 ‘그린수소’를 더 안정적으로 생산할 수 있는 기술이 나았다.

한국에너지기술연구원 수소연구단의 김민중 책임연구원 연구팀은 재생에너지원에서 그린수소를 안정적으로 생산할 수 있는 고내구성 니켈-철 이중층 수전해 전극을 개발했다고 26일 밝혔다.

수전해는 수소 분야의 핵심 기술이다. 재생에너지와 연계해 변동성에도 잘 견디는 수전해 장치를 개발하는게 중요한 과제다.

수전해는 물을 분해해 수소와 산소가 동시에 발생한다. 문제는 전체 속도가 반응이 느린 산소발생 반응에 맞춰서 진행된다는 점이다. 또 재생에너지의 들쑥날쑥한 변동성 탓에 수전해 장치에 급격한 전압 상승이 발생해 전극이 손상되고 성능이 저하되는 문제도 있다.

연구진은 이런 문제를 극복하기 위해 산소발생반응에 높은 활성을 가진 니켈-철 이중층 수산화물 전극의 철 이온 함량을 조절했다. 연구진은 계산과학을 통해 이중층 구조를 구성하는 철 이온의 함량이 40% 이상일 경우 구조적 안정성이 극대화되는 사실을 확인했다.

연구진은 40% 이상의 고농도 철 이온을 포함하는 니켈-철 전극을 만들기 위해 철 소재를 부식하는 방법을 택했다. 철 기재를 니켈 2가 이온의 용액에 담그면 부식반응에 의해 철2가, 3가 이온이 방출되고 수산화 이온이 만들어진다. 이렇게 만들어진 이온들이 만나 니켈-철 이중층 수산화물이 성장하는 과정을 반복하면 철 이온 농도를 높게 유지할 수 있었다.

연구진이 개발한 전극은 12시간 동안 급격한 시작-정지 반복 운동에도 성능저하 없이 안정적으로 구동했다. 수소 생산 효율도 높았다.

김민중 책임연구원은 “수전해 전극의 내구성 향상 기술은 재생에너지로부터 그린수소를 생산하기 위한 핵심 기술 중 하나이기에 보다 많은 관심과 지원이 필요하다”고 말했다.

이번 연구 성과는 국제 학술지인 ‘Advanced Energy Materials’에 표지논문으로 게재됐다.

참고자료

Advanced Energy Materials, DOI : https://doi.org/10.1002/aenm.202204403

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