울산과학기술원(UNIST)은 전기 분해를 이용해 수소를 만들어내는 장치인 전해조의 성능을 크게 향상한 기술을 개발했다고 21일 밝혔다. UNIST에 따르면 에너지화학공학과 권영국 교수팀은 음이온 교환막과 지지체 사이에 촉매층을 직접 성장시켜 막전극접합체를 제조하는 '막-촉매-지지체 일체형 전극 제조 기술'을 개발했다.
음이온 교환막 수전해 기술은 음이온만 선택적으로 이동시키는 교환막을 전해질로 사용해 수소를 생산하는 시스템이다.
기존 시스템의 단점을 보완하고, 장점을 극대화한 방법이지만 상업화를 위한 성능과 계면 저항에 대한 개선이 필요했다. 연구팀은 먼저 강한 환원제를 음이온만 통과시키는 '음이온 교환막'을 통해 이동시켰다.
이어 이동한 환원제를 금속 이온과 반응을 유도해 전극 지지체와 음이온 교환막 사이에 '활성 촉매층'을 성장시켰다.
이 기술을 활용한 전해조는 기존 대비 두 배 낮은 계면 저항성을 보였다. 50도의 알칼리성 환경에서 기존 전해조보다 약 100㎷(밀리볼트) 이상 낮은 셀 전압(1.79V)에서도 전류밀도 1A/㎠를 나타내는 우수한 성능을 보였고, 400시간 이상 구동 테스트에서는 낮은 열화 속도를 보이며 안정성을 입증했다고 연구팀은 설명했다.
연구팀은 이 같은 성능과 안정성 개선이 막전극접합체 제조 과정에서 일반적으로 사용하는 이오노머 대신 촉매층을 직접 성장시켰기 때문이라고 밝혔다.
권영국 교수는 "수전해조의 성능과 안정성을 동시에 확보하는 것은 그린수소 생산 기술의 상업화에 필수적"이라며 "전해조 핵심 요소인 막전극접합체에서 발생하는 문제점을 파악하고 해결하는 원천기술을 개발해 수소경제 실현을 앞당기겠다"고 말했다. 연구 결과는 에너지·환경과학 분야 국제 학술지 'ACS 에너지 레터스'(ACS Energy Letters)에 표지 논문으로 선정돼 10월 13일 온라인으로 게재됐고, 지난 10일 출판됐다.
연구는 과학기술정보통신부 한국연구재단 중견과제, 산업통상자원부 에너지기술개발사업 등의 지원을 받아 이뤄졌다.