수전해 에너지 효율 높이는 일체형 전극 개발

인천대·성균관대·서울대 공동 연구팀

탄소 지지체를 이용해 수전해 시스템의 효율을 높인 모습./인천대

물을 전기 분해해서 수소를 생산하는 수전해 기술의 에너지 효율을 높이는 기술이 나왔다.

권오중 인천대 에너지화학과 교수와 김명준 성균관대 화학공학부 교수, 성영은 서울대 화학생물공학부 교수 공동 연구팀은 수전해 기술의 고전류 영역에서 에너지 효율을 높일 수 있는 고분자 전해질 수전해용 일체형 전극과 단일 열분해 공정을 개발했다고 12일 밝혔다. 연구 결과는 지난 8월 29일 국제 학술지 어드밴스드 에너지 머티리얼즈(Advanced Energy Materials)에 실렸다.

수전해 기술은 물을 전기 분해해서 수소를 생산하는 기술이다. 전기에너지를 화학에너지로 변환해 저장하는 기술이다. 태양광이나 풍력, 지열 같은 신재생에너지와 연료전지를 연결하는 기술로 수소 경제에 있어서 핵심이 되는 기술 중 하나다.

최근에는 여러 수전해 기술 중에서도 일체형 전극이 각광을 받고 있다. 일체형 전극은 기존의 전극 구조보다 촉매를 다공성 전달층 전체에 고르게 분포해줘 에너지 효율을 높여주기 때문이다.

일체형 전극은 다공성 전달층의 표면적이 넓지 않다는 한계가 있다. 연구팀은 이 한계를 극복할 방법을 찾았다. 다공성 전달층에 체크 패턴의 탄소 지지체를 만들고, 표면적뿐만 아니라 지지체 내부까지 고르페 퍼지는 촉매를 만들었다. 이렇게 하자 내부의 촉매가 지속적으로 노출되면서 좁은 표면적에도 불구하고 활성이 계속 유지됐다.

연구진은 “이번 연구를 통해 개발한 일체형 전극은 고전류 밀도 영역에서 물질전달이 개선됐고, 500시간의 내구성 측정에서도 매우 낮은 전압 증가율을 보여줬다”며 “활성과 내구성 모두에서 수전해 성능을 한 단계 향상시켰다”고 말했다.

참고 자료

Advanced Energy Materials(2024), DOI : https://doi.org/10.1002/aenm.202402179

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