한국형 수소생산 모델 및 소재-부품-시스템 전주기 통합기술 개요.[재료연구소 제공]

[헤럴드경제=구본혁 기자] 그린수소를 가정에서 안전하게 생산할 수 있는 한국형 수소 생산 모델인 ‘음이온교환막수전해의 소재-부품-시스템 전주기 통합 기술’이 국내 연구진에 의해 개발됐다.

재료연구소 에너지융합소재연구센터 최승목 박사 연구팀은 ‘소재-부품-시스템 전주기 통합 기술’의 핵심 기술 중 하나인 성능과 내구성을 동시에 향상시킬 수 있는 촉매 일체형 전극을 세계 최초로 개발했다고 25일 밝혔다.

온실가스 배출 없이 그린수소 생산에 적합한 수전해 기술 중 ‘음이온교환막수전해’는 비귀금속 촉매를 사용해 고순도의 수소를 저가로 안전하게 생산 가능한 기술이다. 하지만 여전히 복잡한 전극화 공정을 사용하는 한계가 있고, 이는 전체 시스템 및 수소 생산 비용을 증가시키는 주요한 원인이 되고 있다.

연구팀은 이를 해결하기 위해 촉매의 활성과 내구성이 동시에 향상된 촉매 일체형 전극을 개발했고, 이에 대한 시스템 모사 연구를 수행했다.

연구팀은 신규 도금법을 개발해 직접성장된 촉매층에 고기능성 표면처리를 해 산소 결함을 제어하고 전도도를 개선했다. 이후 3차원 형상제어를 통해 물질의 전달저항을 감소시켜 낮은 과전압과 3600시간의 높은 내구성을 구현했다. 또한 시스템을 모사할 수 있는 단위셀 평가에서도 귀금속인 이리듐(Ir) 산화물 촉매 대비 약 2배의 높은 성능을 나타냈다.

왼쪽부터 이번 연구를 수행한 최승목 박사, 양주찬 박사, 박유세 박사과정생.[재료연구소 제공]

이규환 재료연구소 부소장은 “전극 제작공정이 단순화됨으로써 활성과 내구성이 동시에 향상된 수전해용 촉매 일체형 비귀금속 전극 제작이 가능해졌다”며 “이를 통해 소재-부품-시스템 전주기 통합 기술을 완성해 국내외 산학연에서 개발되는 소‧부‧장의 성능평가 지원으로 수소 생태계 조기 정착에 기여할 수 있을 것으로 기대된다”고 말했다.

이번 연구성과는 국제학술지 ‘어플라이드 카탈리시스 B 인바이런멘탈’과 ‘ACS 서스테이너블 케미스트리 앤 엔지니어링’에 각각 게재됐다.

nbgkoo@heraldcorp.com