안정적이면서도 경제성 잡았다
앞으로 값비싼 금속을 사용하지 않아도 물로 값싸고 안정적인 전기를 생산할 수 있게 될 전망이다.
UNIST(울산과학기술원)는 권영국 에너지화학공학과 교수 연구팀이 니켈 질화물(질소와 다른 원소의 화합물)을 도입한 '바나듐-니켈-철 기반 촉매'를 개발했다고 밝혔다.
'바나듐-니켈-철 기반 촉매'는 알칼라인 조건(알칼리성)에서 낮은 과전압(이론상 전압과 실제 반응이 일어나는 전압의 차이)을 사용하고도, 상업화에 필요한 전류밀도(단위 면적당 전류의 양)보다 2배 높은 밀도에 도달하는 데 성공했다.
이는 1000시간 동안 손상없이 안정적으로 구동되는 것이 확인됐다.
또한 음이온 교환막 수전해 시스템(음이온을 이동시킬 수 있는 교환막을 전해질로 사용해 수소를 생산)의 초순수(고도로 정제된 물) 환경에서 귀금속을 사용하지 않고도 두 배 가량 높은 성능을 보였다.
수전해 기술(물을 전기분해해 고순도 수소를 생산하는 기술)은 미래의 에너지 운반체로 여겨지는 그린수소(물을 전기분해해서 생산한 수소)를 생산하는 대표적인 기술이지만, 값비싼 금속을 사용해야 한다는 단점이 있었다.
UNIST 연구팀은 전기도금과 질화공정(질화물 생산 공정)을 통해 '바나듐-니켈-철 옥시수산화물' 표면에 니켈 질화물을 성장시켜 '비귀금속 기반 고성능 산소 발생 촉매'를 만들었다.
바나듐이 첨가돼 전기전도도를 향상시키고 활성점을 안정화해 성능과 안정성을 확보했다.
이를 통해 뛰어난 반응 속도뿐만 아니라 음이온 교환막 수전해 시스템에서 우수한 성능을 보일 수 있다.
권영국 교수는 "촉매의 기본 요소인 성능과 안정성을 동시에 확보하는 것이 수전해 기술 상업화에 필수적"이라면서, "기존 촉매의 단점을 해결하기 위한 노력으로 수소 경제 실현에 이바지하겠다"고 말했다.
Pandiarajan Thangavel 박사가 제 1저자로 참여한 이 연구는 국제학술지인 '어드밴스드 에너지 머티리얼즈(Advanced Energy Materials)'에 최근 온라인 게재됐고, 지난 10일 표지 논문으로 선정됐다(논문명: Immobilizing Low-Cost Metal Nitrides in Electrochemically Reconstructed Platinum Group Metal (PGM)-Free Oxy-(Hydroxides) Surface for Exceptional OER Kinetics in Anion Exchange Membrane Water Electrolysis).<끝>
