산화도가 제어된 촉매를 적용한 음이온 교환막 수전해 스택 성능 평가 개요도/한국재료연구원 제공

한국재료연구원(KIMS) 에너지전자재료연구실 최승목 박사 연구팀이 값비싼 귀금속을 사용하지 않고 그린수소를 생산하는 음이온교환막수전해 기술을 상용 수준으로 끌어올리는데 성공했다.
비귀금속 촉매부터 대면적 전극, 실증화 수전해 스택 기술까지의 전주기 통합 기술을 개발해 정부의 수소 생태계 조기 정착에 크게 기여할 수 있을 것으로 전망되고 있다.
최근 온실가스를 배출하지 않고 만들어지는 수소인 그린수소를 생산하는 수전해 기술 개발이 주목을 받고 있다.
그린수소 생산에 적합한 수전해 기술 중 음이온교환막수전해는 비귀금속 촉매를 사용해 고순도의 수소를 저가로 안전하게 생산하는 차세대 수전해 기술이다.
이러한 수전해 시스템을 완성하기 위해서는 핵심 부품인 ‘스택’의 맞춤형 고활성 촉매 개발이 전제돼야 한다.
많은 촉매가 개발 되지만 촉매 단위의 성능 검증을 넘어 실제 상용 가능한 수준의 스택 성능에 대한 검증이 반드시 필요하다.
지금까지는 촉매의 대량생산, 복잡한 전극화 공정, 시스템 연구의 한계가 있었다.
연구팀은 값이 싼 니켈과 코발트 촉매 나노입자에 산화도를 부분적으로 변화시켜 수소가 발생할 때 생기는 활성도와 내구성을 함께 확보하는 방법을 제안했다.
이를 수소발생 시스템에서 확인해 실증하는데 성공했다.
연구팀은 산화도를 부분적으로 제어해 수소 발생 활성을 감소시키는 수산화이온(OH-)의 흡착 반응을 산화물에 집중시켰다.
상용 수준의 대면적 스택에 적용·구현할 수 있다는 점을 국내 최초로 확인해 실용화 가능성을 높였다.
실용화 가능성이 높아지면서 정부의 수소 생태계 조기 정착에도 크게 기여할 수 있을 것으로 보인다.
연구팀은 “수전해 스택 실증을 통해 음이온교환막수전해의 상용화 시점을 앞당길 수 있을 것으로 보인다”고 밝혔다.

왼쪽부터 최승목 박사, 양주찬 박사, 정재훈 연구원/한국재료연구원 제공

이번 연구결과는 최근 환경분야 상위 1%의 국제학술지인 엘스비어(ELSEVIER)의 어플라이드 카탈리시스 비 인바이런멘탈(Applied Catalysis B: Environmental)의 지난 3월 26일자에 게재됐다.

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