UNIST, ‘더 저렴하고 효율적으로’ 그린수소 생산한다

월간수소경제 = 이상현 기자 | UNIST(유니스트)는 수소생산 음이온교환막 방식에서 발생하는 이오노머의 열화와 산화 현상을 예방할 수 있는 원리를 최초로 구명했다. 이를 통해 수소생산장치의 성능과 내구성이 동시에 높아질 전망이다. 

UNIST는 신소재공학과 이승걸 교수팀이 저가의 비백금계 금속 촉매를 이용한 새로운 음이온교환막 수전해 기술을 제시했다고 24일 밝혔다. 칼륨이 촉매 표면에 붙게 만들어 이오노머와 직접적으로 닿는 것을 줄이는 방식으로 이오노머의 산화를 막을 수 있다. 이는 수소생산 비용 절감으로 이어진다. 

일반 수소생산장치의 경우 시간이 지나면서 이온 물질을 전달하는 이오노머의 성질이 변해 약해지기 쉽다. 다시 말해, 수소생산 효율 저하와 장치의 수명 단축을 불러올 수 있다. 

연구팀은 칼륨의 흡착 에너지가 유기 화합물보다 3배 이상 크다는 점을 활용해 수산화칼륨, 수산화나트륨 같은 물질이 음이온교환막 수전해 시스템의 성능과 안정성을 높일 수 있음을 밝혀냈다. 

양이온 물질이 촉매 표면에 흡착해 이오노머와 촉매의 직접적인 접촉을 줄였다. 이를 통해 이오노머의 산화를 막아 수소생산 성능을 유지할 수 있음을 물질의 전자 구조를 계산하는 밀도범함수이론(DFT)을 통해 입증했다.

이전에도 염기성이 강한 수산화칼륨과 수산화나트륨 수용액을 이용해 성능을 개선하려는 시도는 있었으나 구체적인 원리가 밝혀지지 않았다. 그러나 이번 연구에서 규명된 경쟁적 흡착 전략은 저가 촉매의 상용화 가능성을 한층 높일 것으로 기대된다. 

제1저자인 임지훈 연구원은 “경쟁적 흡착 전략이 촉매와의 접촉면에서 발생하는 이오노머 소재의 전기화학적 산화를 줄이는 데 효과적”이라고 강조했다.

이승걸 교수는 "이번 연구가 고성능 알칼리 음이온교환막 수전해 시스템을 비롯한 다양한 에너지 장치의 성능과 안정성을 개선하는 방향성을 제시할 것"이라고 말했다.

한편, 이번 연구 결과는 지난 달 2일 에너지 분야 학술지인 ‘ACS Energy Letters’에 온라인 게재됐다. 연구는 미국 로스 알라모스 국립연구소의 김유성 박사 연구팀, 미국 버클리대학과 버클리 랩의 Shannon Boettcher 교수와 공동으로 수행됐으며 미국 에너지부와 한국연구재단의 지원을 받았다.  

출처 : 월간수소경제(https://www.h2news.kr)