[광주=뉴시스]이창우 기자 = 광주과학기술원(GIST)은 화학과 박찬호 연구팀이 희귀 금속 이리듐(Ir) 사용량을 대폭 줄이면서도 장시간 안정적으로 작동하는 수소 생산용 촉매와 전극을 개발했다고 25일 밝혔다.
수전해는 물을 전기로 분해해 수소(H₂)와 산소(O₂)를 생산하는 친환경 기술로, 탄소 배출이 거의 없어 차세대 에너지 기술로 주목 받는다.
그러나 산소 발생 반응을 촉진하는 핵심 촉매로 쓰이는 이리듐은 가격이 비싸고 희귀해 성능과 내구성을 동시에 확보하기 어렵다는 한계가 있었다.
연구팀은 결정형 구조와 비정질 구조를 동시에 갖는 ‘이중상(dual-phase)’ 이리듐 산화물 촉매를 설계해 이 문제를 해결했다.
속이 빈 공 모양의 결정 구조 사이를 비정질 구조가 채우는 형태로 만들어 전자의 이동 경로를 확보하고, 반응성과 구조적 안정성을 동시에 높였다.
개발한 촉매를 수소 생산 장치의 핵심 부품인 수전해 단전지(MEA)에 적용해 실험한 결과 가로·세로 1㎝ 면적에서 산업 수준의 전류(1A)를 흘려보내는 조건에서도 1000시간 이상 성능 저하 없이 안정적으로 수소를 생산하는 것으로 확인됐다.
특히 장시간 운전에도 전압 상승 폭이 시간당 31.5마이크로볼트(μV)에 불과해 높은 내구성을 입증했다.
이번 기술은 기존 상용 단전지 대비 이리듐 사용량을 80% 이상 줄이면서도 안정적인 성능을 확보했다는 점에서 차세대 그린수소 생산 기술인 고분자 전해질막(PEM) 수전해 상용화 가능성을 높였다는 평가다.
박찬호 교수는 “이리듐 사용량을 최소화하면서도 단전지 기준 1000시간 이상의 안정적인 운전 성능을 확보했다”며 “PEM 수전해 장치의 비용을 낮추고 대규모 그린수소 생산을 앞당기는 데 기여할 것”이라고 말했다.
박 교수가 주도하고 양호성 석사가 제1저자로 참여한 이번 연구는 과학기술정보통신부와 한국연구재단의 그린수소 기술자립 프로젝트 지원을 받아 수행했다. 연구 결과는 국제학술지 ‘Advanced Science’ 온라인에 지난 10일 게재됐다.
기술이전 관련 협의는 GIST 기술사업화센터로 문의하면 된다.
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