IBS "지속성 100시간 이상…친환경 수소 보급에 기여"

개발한 전기촉매 결정 구조 및 물 분해 과정. (왼쪽) 개발한 촉매 합금의 결정 구조. 표면에 산소(붉은색)을 부착했다. (오른쪽) 전기 물 분해 반응을 통해 산소와 수소를 발생시킨다. IBS 제공

개발한 고효율 전기촉매 성능 평가. (왼쪽) 이번에 개발한 촉매(파란색)는 같은 전위(기준전극 대비 전위- 전해질에 상관없이 표준화한 전위)에서 6배 가량 높은 전류 밀도 즉, 산소량을 보인다. 때문에 산소 발생 성능은 기존 촉매 대비 월등히 우수함을 볼 수 있다. (오른쪽) 이번 연구의 촉매(파란색)이 기존 촉매와 비교해 가장 낮은 전압으로 같은 전류밀도(산소량)에 도달해, 에너지가 가장 적게 든다. IBS 제공

논문 참여저자(왼쪽부터 아쉬와니 쿠마 연구원, 이효영 부연구단장, 이진선 연구원). IBS 제공

차세대 친환경 연료인 수소를 값싸게 얻을 수 있는 기술이 개발됐다.

기초과학연구원(IBS)은 나노구조물리연구단 이효영 부연구단장 연구팀이 원가가 20분의 1에 불과하면서도 지속성은 긴 물 분해 촉매를 개발했다고 24일 밝혔다.

현재 물 전기 분해에 쓰이는 루테늄 산화물과 이리듐 산화물 촉매는 가격이 kg당 7만 달러가 넘는 데다 성능을 24시간 이상 유지하지 못한다.

이 때문에 대부분의 수소를 석유 정제과정에서 나오는 부산물에서 얻고 있다.

친환경 수소를 생산하기 위해 이산화탄소를 배출하는 아이러니가 생기는 것이다.

연구팀은 값이 저렴한 코발트, 철, 극소량의 루테늄 금속 위에 산소 원자를 붙여 촉매를 개발했다.

가격은 기존 촉매의 20분의 1 수준이며, 최소 100시간 이상 성능을 지속할 수 있다.

코발트·철 합금을 이용해 촉매 표면에서 산소 흡착률을 높이고, 에너지 장벽을 줄일 수 있는 루테늄 원자를 더해 다공성 탄소층 위에 붙였다.

이렇게 만든 촉매는 기존 대비 수소 생산량이 6배 많고, 훨씬 낮은 전압으로도 산소를 발생시킬 수 있다.

또 기존 루테늄 산화물 촉매는 산화가 잘 되는 특성 때문에 성능을 유지하기 어려웠지만, 산화에 강한 코발트·철 합금을 적용해 시간이 지난 이후에도 구조 변화가 없었다.

이번 연구 결과는 국제 학술지 '에너지와 환경과학'(Energy ＆ Environmental science) 지난 4일 자 온라인판에 실렸다.

송현수 기자 songh@busan.com

송현수 기자 songh@busan.com