한국교통대 류정호교수, 물분해 효율의 획기적 향상 기술 개발

준금속 첨가를 통한 수소생산용 물분해 효율의 획기적 향상

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민정홍 기자
기사입력 2020-05-29 [18:36]

▲ 신소재공학전공 류정호 교수  © 충북넷

 

국립한국교통대학교(총장 박준훈) 신소재공학전공 류정호 교수가 참여한 연구팀이 물에서 수소를 생산하는 친환경 물분해 시스템 효율을 획기적으로 향상시킬 수 있는 새로운 기술을 개발했다.

 

경제적이고 효율적인 수소 생산 기술은 수소 경제를 현실화하기 위한 매우 중요한 필수기술이다. 특히 문재인 정부가 지난 1월 ‘수소경제 활성화 로드맵’을 발표하고 2040년까지 1 kg당 수소 가격 3천원, 수소차 620만대 등 구체적 목표까지 제시함에 따라 물분해 시스템을 통해 수소 생산 단가를 절감하는 것이 필수 과제가 됐다.  

 

현재 물분해를 통해 생산되는 ‘그린 수소’(생산 과정 중 환경오염 물질이 배출되지 않는 수소)의 가격은 1kg당 1만원 정도로 정유공정이나 가스개질 과정에서 나오는 ‘그레이 수소(2천원/kg 정도)’보다 훨씬 비싸 상용화에 불리한 단점이 있다. 또한 국내 기업의 물분해 수소생산 효율은 약 68%로 세계 최고 효율(약 80%)보다 현저히 낮은 실정이다. 

 

연구진은 수소생성 효율을 극대화하기 위해 수소를 생성하는 전이금속 촉매 표면에 준금속 원자를 첨가 시켜 우수한 전기적 특성을 확보하였다. 준금속 원자가 주위의 전이금속과 결합에 공유결합성을 증가시켜 촉매 반응 전하 전달을 원활하게 할 수 있는 것이 핵심이다.

 

또한, 본 연구진이 개발한 촉매소재의 경우 유기바인더 사용이 필요 없는 다공성 지지체 전극 표면에 직접 성장시킨 나노구조 기반의 전이금속 촉매를 기반으로 하고 있어 경제성 및 내구성 또한 탁월하다는 것이 연구진의 설명이다.  그 결과 촉매 표면의 활성도 및 내구성이 높아져 수소생성 반응이 보다 활발해지며, 강알카리성 용액에서도 장기간 물에서 수소를 분해하는 전하를 더욱 효율적으로 공급할 수 있다. 

 

연구진이 개발한 촉매 소재는 백금과 같은 기존 귀금속 기반 촉매 대비 수소생성 효율은 약 3배 이상, 촉매 단가는 약 1/5 수준으로 절감이 가능할 것으로 기대된다. 또한, 준금속을 활용한 촉매 소재 특성 향상 기술은 고효율 수소생성용 촉매뿐만 아니라 다양한 전기화학 에너지전환 소자(배터리·연료전지·슈퍼캐패시터 등)에 적용될 수 있을 것으로 기대된다.

 

한편, 본 연구 결과는 건국대학교 한혁수 교수, 한국생산기술연구원 김강민 박사, 경기대학교 민성욱 교수와 공동으로 진행되었으며 에너지소재 분야 저명한 저널인 나노에너지(Nano Energy, I.F. 15.548) 온라인판 9월호에 게재되었다. 류정호 교수는 제1저자로 참여하였으며 석사과정 중 연구에 참여한 이호준 학생은 공동저자로 참여하였다.

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