[투데이에너지 홍시현 기자] 국내 연구진이 역전기투석 염분차발전의 효율·경제성 향상을 위한 전극소재 합성 기술개발에 성공했다.
한국에너지기술연구원(김종남 원장, 이하 에너지연) 해양융복합연구팀의 정남조 박사는 염분차발전의 효율과 경제성 향상에 기여할 수 있도록 전극 집전체 표면에 이황화몰리브덴 박막을 직접 합성할 수 있는 전극소재 합성 기술을 개발하고 연구 결과를 표면과학분야 세계적 권위지인 ‘어플라이드 서피스 사이언스(Applied Surface Science)’에 게재했다.
역전기투석(RED, Reverse Electrodialysis) 염분차발전은 스택 내의 이온교환막을 통해 바닷물과 민물 사이의 이온이 분리되고 이동할 때 발생하는 전위차를 이용해 전기를 생산하는 원리로 전력 생산에 변동성이 없고 이용률이 100%에 달하는 청정에너지 생산 기술로 최근 세계적으로 기술개발이 활발히 진행되고 있다.
역전기투석 염분차발전에서 전극촉매는 전기화학 반응을 발생시켜 시스템의 전자 이동을 유도해 전기를 생성하는 역할을 한다. 그러나 대부분이 백금과 같은 고가의 소재를 사용하고 있어 대체 가능하며 저렴한 전극 소재의 대면적 합성이 가능한 기술개발이 요구돼 왔다.
연구진은 이러한 문제점을 해결하기 위해 전극촉매의 전기화학 반응 활성을 돕는 집전체의 성분(금속 및 탄소)과 구조(1차원, 2차원, 3차원)에 상관없이 주 촉매반응 부위가 표면에 많이 분포돼 고활성이면서 가격도 저렴한 이황화몰리브덴 박막을 집전체에 직접 합성하는 기술개발에 성공했다.
기존 합성방식은 집전체의 구조가 복잡하고 대면적일수록 전극촉매의 합성 불균일성으로 성능감소 및 소재의 장기 불안정성을 초래하고 전구체 손실 또한 크다. 반면 연구진은 합성을 위해 공급된 전구체가 반응기 내에서 공급량에 따라 자가 기화압에 의해 집전체 구조와 상관없이 모든 표면에 균일한 농도 분포유지가 가능한 합성 장치 구현에 성공했다. 이에 따라 사용된 전구체의 손실을 최소화하면서 매우 균일한 농도로 합성 가능한 최고 수준의 전극 성능 결과를 얻을 수 있었다.
논문의 주저자인 정남조 에너지연 책임연구원은 “이번 전극소재 합성 기술의 개발로 수입 의존도가 크고 고가인 수처리분야의 전극 소재를 대체해 관련 분야의 전극 소재 국산화 기술 개발에 큰 기여를 할 수 있을 뿐 아니라 염분차발전 기술의 세계선도 연구그룹으로의 위상을 재차 확인할 수 있었다”고 밝혔다.