친환경 수소 생산 가능해졌다

국내연구진 핵심소재 기술개발…보급 응용 가능

국내 연구진이 수소를 생산할 수 있는 친환경 기술인 물 전기분해 장치의 핵심 소재 기술을 개발해 주목을 끌고 있다.

현재 수소 연료는 대부분 천연가스 등 화석연료를 사용해 생산되고 있어, 이 기술이 활용될 경우 친환경 수소 생산이 가능할 전망이다.

한국과학기술연구원(원장 이병권, 이하 KIST) 연료전지연구센터 장종현 박사팀은 전해도금을 통해 이리듐산화물을 다공성 금속지지체에 코팅하는 전극 기술을 개발했다.

이 기술은 전기화학적 수소 생산 성능과 내구성이 우수해 귀금속 촉매 사용량 저감과 전극 제조 공정 단순화의 측면에서 가격 경쟁력 확보가 가능할 전망이다.

연구진이 개발한 이리듐산화물이 코팅된 전극으로 물 전기분해 장치키트를 통해 수소를 생산하고 있다

대용량, 장기간용 에너지저장장치(ESS)로 물 전기분해 기술을 적용해 잉여전력을 수소로 저장하는 방식이 주목 받고 있지만 상업적 경쟁력을 확보하기 위해서는 재료와 제조 공정 측면에서 비용 저감과 성능 증대를 동시에 실현할 수 있는 기술 개발이 요구된다.

기존 기술은 분말을 물리적으로 도포하는 방식으로 귀금속 촉매 사용량(1~5 mg/cm2)이 많고 보호 코팅막 제조가 필요했던 단점이 있었던 반면, 이번에 개발된 기술은 소량의 이리듐산화물을 다공성 금속지지체에 코팅하는 간단한 방법으로서 소재와 공정비용 저감에 기여할 수 있다.

KIST 장종현 박사팀은 기존의 단점을 해결하기 위해 이리듐산화물을 전해도금으로 다공성금속지지체에 코팅해 촉매와 지지체 보호막 역할을 동시에 수행하는 새로운 전극 제조 기술을 개발했다.

연구진이 개발한 이리듐산화물이 코팅된 전극으로 물 전기분해 장치키트를 통해 수소를 생산하고 있다

연구진은 전해도금 조건을 조절해 이리듐산화물의 담지량과 미세구조를 제어할 수 있음을 확인했으며, 소량의 이리듐산화물을 균일하게 형성하는 조건을 도출했다.

개발된 전극으로 물 전기분해 장치를 제작해 저감된 귀금속량(0.4 mg/cm2)에서도 우수한 수소 생산 성능이 확인됐다, 또한, 이리듐산화물층이 물 전기분해 조건에서 다공성금속지지체의 보호막으로 활용될 수 있음이 전기화학적 분석과 수소생산 안정성 평가로 확인됐다.

장종현 KIST 박사는 “이번 연구로 개발된 전해도금 이리듐산화물 촉매·보호막 기술은 반응 활성화와 부식 방지의 두 가지 역할로 활용될 수 있다”며 “물 전기분해 장치의 귀금속 촉매 사용량과 공정비용 저감에 기여할 수 있고 청정 수소 생산과 신재생에너지 보급 확대의 기반 기술 구축에 기여할 수 있을 것”이라고 밝혔다.

본 연구는 과학기술정보통신부 지원으로 KIST 기관고유사업과 산업통상자원부 산업기술혁신사업으로 수행됐다. 연구결과는 지난달 촉매 분야의 국제학술지 ‘Applied Catalysis B: Environmental’ 최신호에 게재됐다.