수소생산 효율 높인 촉매제 개발

UNIST 김광수 특훈교수팀
값싼 철·코발트·인산 등 활용
물 전기분해 성능 25% 개선

UNIST(총장 이용훈)는 김광수 자연과학부 화학과 특훈교수팀(사진)이 수소 생산을 위해 물을 전기분해하는 과정에서 쓰일 저렴한 촉매로 ‘철, 코발트, 인산’ 물질을 개발했다고 5일 발표했다.

물에 전기를 흘리면 수소와 산소를 만드는 반응이 동시에 일어나는데, 산소 발생 반응이 상대적으로 느려 전체 물 분해 반응의 효율을 떨어뜨린다. 이를 극복하기 위해 산화이리듐과 산화루테늄을 촉매로 활용해 산소 발생 반응 속도를 높이고 있지만 이들 촉매는 뛰어난 성능에 비해 안정성이 떨어지고 가격이 비싼 게 단점이다.

연구진은 산화 그래핀 지지대 위에 철, 코발트, 인산을 넣어 전기를 적게 소비하면서도 산소 발생 반응 효율과 안전성을 높이는 고성능 촉매를 개발했다. 철, 코발트, 인산 촉매는 상업용으로 사용하는 산화이리듐 촉매보다 25% 이상 개선된 효율을 보였다. 촉매 효율은 반응에 추가로 들어가는 전기에너지(과전압)로 평가한다. 촉매 1㎠당 100㎃(밀리암페어)의 전류 밀도를 얻을 때 산화이리듐은 303㎷(밀리볼트)가 사용되지만, 새 촉매는 237㎷만 필요했다.

새 촉매는 5000번 이상, 70시간 이상 반응한 뒤에도 구조적으로 크게 변하지 않았다. 촉매를 구성하는 산화 그래핀 지지대도 철, 코발트, 인산의 낮은 전기 전도도를 보완하는 등 우수한 반응성을 보였다. 김 교수는 “값비싼 상용 촉매보다 산소 발생 반응성이 훨씬 개선된 데다 수백 배 저렴한 촉매”라며 “수소 연료전지 등 다양한 친환경 에너지 물질의 촉매로 활용할 수 있다”고 말했다.

울산=하인식 기자 hais@hankyung.com