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UNIST, 수소생산 공정 '물 전기분해' 반응 촉진 촉매 개발
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UNIST, 수소생산 공정 '물 전기분해' 반응 촉진 촉매 개발
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  • 승인 2020.06.04 14:00
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촉매 실증 실험에서 사용한 '알칼리 음이온 교환막 물 전기분해조'의 모형(유니스트 제공)© 뉴스1


(울산=뉴스1) 손연우 기자 = 울산과학기술원(UNIST) 김광수 자연과학부 화학과 교수 연구팀은 수소 생산 공정인 '물 전기분해'(수전해) 반응을 촉진하는 촉매를 개발했다고 4일 밝혔다.

염기성 전해질에서 사용 가능한 이 촉매는 '수전해 기술'에서 '병목 현상'으로 지목되는 '산소 발생 반응'을 촉진해 전체 반응 효율을 높인다.

'수전해'는 전기로 물(H2O)을 분해해 수소(H2)와 산소(O2)를 생산하는 방식이다. 이때 수소, 산소 생산의 두 가지 반응이 각각 동시에 일어나지만 산소 발생 반응이 늦어 수소 생산 속도도 더디게 된다.

김광수 교수팀은 니켈과 철을 포함하는 금속 유기 골격체(MOF)를 이용해 개발한 촉매로 새로운 해결방안을 제시했다.

금속 유기 격체는 금속과 유기물이 마치 건축물의 '철근'과 같은 뼈대모양을 이루는 물질로, 미세한 크기의 구멍이 많아 표면적이 넓고 촉매 반응이 일어나는 금속 원자가 표면에 노출 된다는 장점이 있다.

상용 촉매에 사용되는 이리듐(Ir)에 비해 니켈과 철은 매장량도 많고 가격도 저렴하다.

이번에 개발 된 촉매는 기존 산화이리듐 촉매보다 훨씬 적은 에너지로(과전압) 많은 양의 수소(전류"도)를 생산해 낼 수 있다.

'알칼리 음이온 교환막 수전해 장치'를 만들어 실제 촉매의 성능을 평가한 결과 300 mV(밀리볼트) 전압에서 단위 면적(cm2)당 0.5 A(암페어)의 전류 밀도를 달성했다.

이는 촉매를 상업적으로 이용하기에 충분한 값이며 1000시간 이상을 작동했을 때도 우수한 내구성을 보였다.

김광수 교수는 "이번 연구를 통해 느린 '산소 발생 반응' 속도 문제를 개선했고, 기존 상용 촉매의 가격과 안정성 문제도 동시 해결할 수 있었다"며 "개발된 촉매는 다양한 에너지 변환 장치에 사용 될 수 있을 것"이라고 기대했다.

이 연구는 에너지 분야의 권위 학술지인 'Energy and Environmental Science'에 5월 27일자로 온라인 출판됐다.


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