희귀금속 덜 쓰고도 효율 좋은 전극 개발..수소 전지 상용화 '성큼'

KIST 연구진 이리듐 사용 80% 줄인 '이중도금 전극' 개발

연속적 도금을 통한 전극 제조 및 기존 전극 제조 방식과의 비교 모식도 (한국과학기술연구원 제공) 2020.04.28 / 뉴스1

(서울=뉴스1) 김승준 기자 = 값비싼 촉매를 적게 쓰고도 수소 연료 전지의 반응 효율을 높일 수 있는 전극 생산법이 개발됐다. 이를 통해 수소 연료 전지의 상용화가 한걸음 더 가까워질 전망이다.

한국과학기술연구원(KIST)은 수소·연료전지연구단의 박현서 박사팀이 서울대 공동 연구진과 함께 연료전지 필수적인 귀금속 이리듐 촉매의 함량을 줄이고도 더 좋은 효율을 낼 수 있는 이중도금 전극 기술을 개발했다고 28일 밝혔다.

촉매는 재생 연료전지의 산화·환원 반응 속도를 높이는 역할을 한다. 이렇게 빨라진 전기화학반응은 물의 전기분해와 수소 생산에 들어가는 전력소비를 낮추게 된다.

하지만 기존의 물 전기분해 장치는 수소 생산 효율을 높이기 위해 상당량의 이리듐 사용(2mg/㎠ 이상)이 불가피했다.

KIST 연구진은 이에 더 높은 성능을 갖는 도금 전극을 만들기 위한 방법으로 촉매층 밑에 반원 형태로 제어된 촉매 지지체를 만들고 그 위에 수전해 촉매를 형성하는 이중도금 기술을 개발했다.

전극 제조 방식에 따른 수전해 성능 결과 비교(좌) 이중 도금 전극의 연료전지 성능 결과(우) (한국과학기술연구원 제공) 2020.04.28 / 뉴스1

이에 따라 촉매의 활성 표면적이 기존 단일도금 전극보다 2.5배 이상 증가했고 이리듐 촉매량 당 전류밀도(A/mgIr)는 단일도금 전극의 2.1배, 스프레이 전극과 비교하면 56배가 향상된 성능을 나타냈다.

또한 전 세계적으로 수전해 및 재생 연료전지 시스템의 상용화 기준점으로 불리는 귀금속 질량당 목표치 0.01 gIr/kW(킬로 와트당 필요 이리듐 질량)를 달성했다.

박현서 박사는 "귀금속 함량이 낮으면서도 성능과 안정성이 우수한 이중도금 기술 전극이 일체형 재생 연료전지뿐만 아니라 산소 발생 반응을 포함하는 이산화탄소 환원 전지, 질소 환원 전지 등 여러 친환경 연료전지 분야에서도 폭넓게 응용될 수 있기를 기대한다"고 연구 의의를 밝혔다.

이번 연구는 과학기술정보통신부 지원으로 KIST 주요사업 및 수소에너지혁신기술개발사업으로 수행됐다. 에너지 환경 분야 국제 저널인 '어플라이드 카탈리시스 비-인바이런멘털'(Applied Catalysis B-Environmental) 최신호에 게재됐다.

seungjun241@news1.kr