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수소 생산기술 혁신 '주목'…PEM수전해 촉매 효율 10배 향상

비싼 이리듐산화물 촉매…경제성 위해 활성 높여야
에너지연, 실시간 X-선 흡수 분광법 접목 효율 향상

(대전=뉴스1) 심영석 기자 | 2021-12-16 13:16 송고
이번 연구를 통해 개발한 고성능 PEM수전해 촉매 개념도(에너지연 제공)© 뉴스1
한국에너지기술연구원 연구진이 경북대, 미 조지아 공과대 등과 공동연구를 통해 효율이 10배 이상 향상된 고성능 PEM수전해 촉매를 개발했다.
  
16일 에너지연에 따르면 PEM수전해 기술은 전해질 없이 순수한 물을 전기분해해 고분자 전해질막을 통해 수소이온을 이동시키는 방법이다.

최근 재생에너지와 연계한 수소 생산 기술로 주목받고 있다.

하지만, 촉매로 쓰이는 이리듐산화물 가격이 비싼 점을 감안한다면 보다 활성이 높은 촉매를 개발하는 것이 매우 중요하다.

이에 연구진은 이리듐 촉매 구조를 기존의 편평한 모양에서 각 평면 중심부가 오목한 모양으로 합성시켜 PEM수전해 산소극 촉매에 적용했다.

연구진이 개발한 오목한 모양의 촉매는 기존의 편평한 촉매에 비해 성능이 약 10배 이상 향상됐으며, 최근 보고된 이리듐 기반의 촉매 중에서 가장 뛰어난 성능을 달성했다.

연구진은 실시간 X-선 흡수 분광법과 계산과학을 이용한 분석 결과를 바탕으로 이리듐 촉매의 오목한 형태가 산소 발생 반응에 적합한 산화물로 쉽게 전환될 수 있음을 발견, 촉매 성능 향상의 주요 원인을 규명했다.

특히, 오목한 형태의 이리듐 촉매는 원자단위 계단 형태의 표면으로 이뤄져 있다.

즉, 원자단위 계단 형태가 산소 발생 전압 환경에서 이리듐 산화물로 쉽게 변환될 수 있음을 증명했다.

에너지연 플랫폼연구실 김병현 박사는 “다양한 전기화학 촉매를 개발하는데 큰 도움이 될 것”이라며 이번 연구 결과에 활용된 계산과학의 중요성을 강조했다.

한편, 이번 연구성과는 환경공학 분야 세계적 권위지인 ‘어플라이드 카탈리시스 비-인바이런멘’에 게재됐다.


km5030@news1.kr

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