전기화학적 수소생산 성능과 내구성우수

가격경쟁력 확보

 

한국과학기술연구원 연료전지연구센터 장종현 박사팀이 전해도금을 통해 이리듐산화물을 다공성 금속지지체에 코팅하는 전극기술을 개발했다고 5일 밝혔다.

 

연구팀은 이번 기술개발로 전기화학적 수소생산 성능과 내구성이 우수해, 귀금속 촉매 사용량 저감은 물론 전극제조 공정 단수화 측면에서 가격경쟁력 확보가 가능할 것으로 전망했다.

 

물 전기분해기술은 친환경 수소생산과 신재생자원의 대용량 장기간 에너지 저장장치로 활용될 수 있어 최근 들어 주목받고 있는 분양이다.

 

그러나 물 전기분해기술이 상업적 경쟁력을 확보가기 위해서는 재료와 제조공정 측면에서 가격저감과 성능증대를 동시에 실현할 수 있는 기술개발이 요구돼 왔다. 그러나 기존 전극제조기술은 귀금속 촉매 분말을 제조하고 이를 다공성 금속지지체에 물리적으로 도포했다.

 

귀금속 촉매 사용량이 1~5 mg/cm2 정도로 높으며, 안정성 확보를 위한 보호막 공정이 추가되는 등의 단점이 있었다. 이에 기존 단점을 해결하기 위해 이리듐 산화물을 전해도금으로 다공성금속지지체에 코팅, 촉매와 지제체 보호막 역할을 동시에 수행하는 새로운 전극제조 기술을 연구팀은 개발했다.

 

연구팀 관계자는 '이리듐전구체 화합물을 전기화학적으로 산화시키는 방법을 사용했으며, 인가전압과 도금시간 등으 전해도금 조건을 조절, 이리듐산화물의 담지량 및 미세구조를 제어할 수 있음을 확인했다'고 설명했다.

 

또 '담지량 증가에 따라 이리듐산화물 촉매 보호막이 점차 치밀해지지만, 일정 수준 이상에서는 균열이 발생하는 특징을 나타냈다' 면서 '미세구조 분석 및 전기화학적 부식 분석 등을 통해 소량의 이리듐산화물을 균일하게 제조하는 조건을 도출할 수 있었다'고 연구 과정을 설명했다.

 

특히 개발된 이리듐산화물 촉매보호막을 물 전기분해 셀에 적용해, 저감된 귀금속량(0.4 mg/cm2)에서도 우수한 수소 생산 성능 및 장기안정성 증대를 확인했다고 연구팀이 밝혔다.

 

이와 함께 귀금속 질량당 성능을 기존 촉매 분말 도포방식과 비교해 4배 이상 향상됐으며, 별도의 보호막 제조 단계가 필요 없어 제조공정도 단순화됐다.

 

장종현 박사는 '이번 연구로 개발된 전해도금 이리듐산화물 촉매 보호막 기술은 반응 활성화와 부식방지의 두가지 역할로 활용될 수 있다'며 '물 전기분해장치의 귀금속촉매 사용량 및 공정비용 저감에 기여할 수 있을것으로 전망, 청정 수소생산 및 신재생에너지 보급 확대의 기반기술구축에 기여할 수 있을 것으로 기대된다고 말했다.

 

이번 연구는 과학기술정보통신부 지원으로 KIST 기관고유사업과 산업통상자원부 산업기술혁신사업으로 수행됐다. 연구결과는 촉매분야의 국제학술지인 'Applied Catalysis B:Environmental'에 지난해 12월 16일자 온라인에 게제 됐다.