왼쪽부터 단국대 이용걸 교수, 김두현 박사과정 수료생(사진=단국대)
수소는 연소 후 유독성 기체를 배출하지 않으면서도 높은 에너지 효율을 보이는 친환경 에너지다. 수전해 기술은 전기로 물을 분해, 수소를 생산하는 친환경 기술이다.
기존에는 루테늄(Ru)·이리듐(Ir) 기반 귀금속 촉매가 쓰였는데 가격이 비싸고 희소성이 높다는 점이 단점으로 지적됐다. 대안으로 주목받는 니켈 기반 촉매는 장시간 사용하면 활성 구조가 변하고 성능이 저하되는 문제가 있었다.
연구팀은 니켈(Ni)·코발트(Co)·철(Fe) 등 비금속을 활용해 높은 활성·내구성을 갖는 수전해 전극 촉매를 개발했다. 촉매 내부에 전기가 잘 통하고 표면 반응이 활발하게 일어나는 ‘계층형(hierarchical) 구조’를 구현한 것이다.
연구팀이 개발한 촉매는 기존 니켈-철계 촉매(NiFe-LDH)보다 높은 전류밀도에서도 우수한 성능을 유지했다. 특히 기존 금속 합금보다 약 7배 높은 반응 활성 빈도(TOF)를 나타냈다.
이번 연구는 한국연구재단 중견 연구자 사업의 지원을 받아 수행했다. 연구 결과는 나노 재료 분야 저명 국제학술지(Small)에 게재됐다.
이용걸 교수는 “태양광·풍력 등 전력 공급이 불안정한 재생에너지 환경을 모사한 반복적인 작동 시험에서도 우수한 내구성을 유지했다”며 “향후 대용량 수전해 시스템과 요소 기반 친환경 수소 생산 기술은 물론 다양한 전기화학 에너지 변환 촉매 설계에도 활용될 것으로 기대한다”고 밝혔다.
