바닷물을 통해 수소를 생산하는 고내구성 수전해기술이 개발돼 그린수소로의 전환이 앞당겨질 것으로 기대된다.
한국생산기술연구원의 김강민 기능성소재부품연구그룹 박사와 건국대 KU융합과학기술원의 한혁수 교수의 공동연구팀은 바닷물을 직접 연료로 사용해 수소를 발생시킬 수 있는 핵심기술을 개발했다고 최근 밝혔다.
공동연구팀은 그린수소 생산 핵심기술인 수전해를 통해 수소를 생산할 수 있는 양극 촉매소재를 개발했다. 수전해는 물 전기분해라고도 불리며 전기를 이용해 물의 산화·환원 화학반응을 유도해 수소와 산소를 분해하는 기술이다.
현재 상용화된 수전해기술은 수전해칼륨(KOH)이나 수산화나트륨(NaOH) 수용액을 전해질로 사용해 염기성 환경에서 물을 전기분해하는 ‘알칼라인 수전해’ 기술이다.
그러나 알칼라인 수전해기술은 양극반응에서 높은 과전압이 발생해 전환효율 향상에 애로가 있다. 전압을 낮추기 위해 일반적으로 니켈 기반 촉매소재를 전극표면에 코팅해 사용하지만 이러한 촉매소재는 열화현상으로 촉매입자 탈착을 유발해 높은 과전압을 일으키기 때문이다.
공동연구팀이 개발한 촉매소재는 모재전극 표면에서 직접 니켈기반 촉매를 성장시켜 유기바인더 사용 및 별도 코팅공정이 필요하지 않는다. 기존 분말형태 촉매소재대비 월등한 내구성을 보일 뿐만 아니라 전극과 촉매소재간 강한 전기적 상호작용으로 높은 활성도를 확보할 수 있다.
또한 최적 수소생성 양극반응활성을 지닐 수 있는 최적의 전이금속 4원계(니켈, 철, 알루미늄, 코발트) 조성을 금속 유기골격체 소재담지 및 전기화학적 활성을 통해 구현했다. 실험 및 이론적 검증을 통해 전기적 특성 변화가 쉬운 철 원자가 양극반응에서 주요 활성원소로 작용하는 것을 규명했다.
한혁수 건국대 교수는 “개발된 촉매소재는 알칼라인 전해질뿐만 아니라 해수와 비슷한 염화나트륨이 포함된 전해질에서도 뛰어난 활성도와 내구성을 나타냈다”라며 “담수를 사용하지 않고 바닷물을 직접연료로 사용해 수소를 생산할 수 있는 해수 수전해분야 양극 촉매소재로 활용 가능하다”고 밝혔다.
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