켄텍, 세계 최고 효율 ‘수전해 전극’ 개발···‘그린수소 상용화’ 속도

김창희 한국에너지공대 에너지공학부 교수. 한국에너지공과대학교 제공

물을 전기로 분해해 수소를 얻는 ‘수전해’ 기술은 탄소를 배출하지 않는 대표적 청정에너지 생산 방식이다. 한국에너지공과대학교(켄텍) 연구진이 이 기술에 쓰이는 전극의 효율을 세계 최고 수준으로 높이며, 수소 생산을 산업 현장에서도 안정적으로 할 수 있는 길을 열었다.

켄텍 에너지공학부 김창희 교수 연구팀은 “이황화몰리브덴(MoS₂) 기반의 고성능 알칼라인 수전해 수소발생전극을 개발해 안정성을 검증하는 데 성공했다”고 4일 밝혔다.

이황화몰리브덴은 구조와 전자적 특성을 조절해 수소발생반응에서 높은 촉매 활성을 구현할 수 있는 차세대 비귀금속계 전극 소재로 주목을 받고 있다. 하지만 기존 연구는 나노 수준의 정밀한 구조 제어와 대면적화 공정의 한계로 인해 산업적 응용에 어려움이 있었다.

연구팀은 이 문제를 해결하기 위해 진공 상태에서 재료를 분사해 얇은 막을 만드는 금속 ‘공동 스퍼터링(Co-sputtering)’ 기술을 도입했다. 이황화몰리브덴에 니켈(Ni)을 도핑하고, 출력과 증착 시간을 정밀하게 제어해 1T 구조의 수율을 높이고 표면 활성 면적도 확장했다.

그 결과 실제 알칼라인(알칼리성 전해질을 사용하는 방식) 수전해 장치에서 약 89%의 효율을 기록했다. 이는 독일 티센크루프(ThyssenKrupp)가 보유한 기존 최고 효율(82%)을 넘어선 수치다. 또한 태양광·풍력처럼 출력이 변동하는 재생에너지 환경을 모사한 반복 실험에서도 안정적 구조와 성능을 유지했다.

김 교수는 “이 연구는 대면적화가 가능한 공정으로 고성능 이황화몰리브덴 전극을 구현해 산업 적용 가능성을 높였다”며 “재생에너지 출력 변동에도 안정성이 입증돼 그린수소 상용화를 앞당길 수 있는 기반이 마련됐다는 점에서 의미가 크다”고 말했다.

한편 이 연구에는 한국에너지공대 김완식 박사후연구원이 제1저자, 김창희 교수가 교신저자로 참여했다. 연구 결과는 독일 프라운호퍼(Fraunhofer) 연구소가 주관하고 수전해 분야 세계적 선도 기업들이 참여하는 ‘차세대 알칼라인 수전해 산업 워크숍’에서 소개됐다. 연구 내용은 에너지 재료 분야 국제 학술지 <Energy & Environment Materials>에 게재됐다.

고귀한 기자 go@kyunghyang.com