[투데이에너지 유정근 기자] 울산과학기술연구원(총장 이용훈, UNIST)가 탄소배출 없이 청정 원료인 수소를 생산할 수 있는 값싸고 오래가는 촉매 물질을 개발했다.
박혜성 UNIST 신소재공학과 교수·한영규 동국대 융합에너지신소재공학과 교수 공동연구팀이 비 귀금속 기반 이기능성 수전해 촉매를 개발했다. 이번에 개발된 비 귀금속 기반 이기능성 수전해 촉매는 값비싼 귀금속 촉매보다 효율은 우수하고 내구성은 월등히 뛰어나다.
또한 개발된 촉매는 수전해 장비의 음극과 양극 모두에 코팅해서 쓸 수 있는 이기능성 촉매다. 일반적인 수전해 장비는 음극과 양극에 다른 촉매를 쓴다. 음극과 양극에서 각각 수소와 산소가 나오는 다른 반응이 일어나기 때문이다. 반면 이 촉매는 음극과 양극에 다 쓸 수 있어 수전해 장비 제작 공정을 단순화해 비용을 절감할 수 있다.
촉매 자체의 제조 공정도 간단하다. 작은 쇠구슬이 담긴 원통 용기에 원료를 넣고 돌리기(볼밀공정)만 하면 된다.
또한 이 촉매는 1cm² 크게 전극에 100밀리암페어(mA)의 전류를 흘리는 실험에서도 손상 없이 2,500시간 이상 안정적으로 작동했다. 일반적 수전해 촉매는 동일한 면적에 50mA 이상의 전류를 흘리면 촉매가 전극에서 벗겨지기 시작하는 내구성 문제가 있었다. 전류량은 수소 기체 생산량과 비례하기 때문에 고전류밀도에서 내구성이 유지돼야 상업화가 가능하다. 뿐만 아니라 고온, 고전해질 농도와 같은 가혹한 작동 환경에서도 뛰어난 안정성을 보여줬다.
박혜성 UNIST 교수는 “수전해 기술의 상업화를 위해서는 촉매 효율 자체도 좋아야 하지만 촉매를 값싼 공정으로 대량 생산할 수 있어야 하고 촉매 수명도 길어야 한다”라며 “이번 연구로 이런 조건을 동시에 만족하는 촉매를 개발했다”고 설명했다.
또한 박 교수는 개발된 촉매는 수전해로 수소를 생산해 공급하는 on-site형 수소충전소 보급을 앞당기는데 이바지할 수 있을 것“이라고 덧붙였다.
제1저자인 오남근 UNIST 신소재공학과 박사과정 연구원은 “알칼리금속, 페로브스카이트산화물, 전이금속칼코겐화합물은 다양한 원소 조합이 가능해 새로운 촉매 개발로 이어질 수 있다”라며 “연료전지 촉매, 적층세라믹콘덴서의 유전체 같은 분야에도 응용할 수 있다”고 밝혔다.