[투데이에너지 최인영 기자] 국내 연구진이 고온 수전해용 나노촉매를 개발하면서 수전해 기술 상용화의 가능성을 높이고 있다.
한국과학기술연구원(KIST)은 에너지소재연구센터 윤경중 박사팀이 600도 이상 온도에서 장시간 1A/㎠ 이상의 높은 전류 밀도를 유지할 수 있는 고온 수전해용 나노촉매를 개발했다고 1일 밝혔다.
고온 수전해에 적용된 나노소재의 열화 현상 파악에 그쳤던 이전 연구와 달리 개발된 나노촉매를 실제 수전해 전지에 적용해 성능과 안정성이 향상되는 효과를 검증했다고 덧붙였다.
100도 이하 온도에서 작동하는 저온 수전해와 600도 이상에서 작동하는 고온 수전해 방식 가운데 기술성숙도가 높은 것은 장치의 안정성과 소재 개발 측면에서 장점이 있는 저온 방식이다.
고온 수전해 방식은 물을 분해하는데 소모되는 전기에너지가 적어 생산비용이 낮은 수전해 기술로 꼽히지만 높은 온도로 인한 소재 부식, 구조 변화 등의 문제가 가로막고 있다.
저온 수전해 기술의 성능을 올리기 위해 사용하는 나노소재 촉매는 작동 온도가 높으면 열화가 빠르게 일어나 고온 수전해 방식에는 활용이 어려웠다.
연구진은 고온에서 나노촉매의 구조 변형을 일으키는 화합물의 생성을 막을 수 있는 고온 수전해 전지용 나노촉매를 개발했다. 투과전자 현미경 등의 분석 장비로 고온 수전해 전지에 적용되는 페롭스카이트 촉매의 특성 변화 과정을 분석해 스트론튬 탄산염, 코발트 산화물 등 전지 열화를 유발하는 원인물질을 밝히고 이를 제거해 높은 온도에서도 나노촉매의 모양과 크기를 유지하는 데 성공했다.
고온 수전해 전지에 실제 적용한 결과 수소 생산량을 2배 이상 늘리면서도 650도에서 400시간 이상 성능 저하 없이 작동했다고 설명했다. 대면적 수전해 전지에서도 안정적으로 구동돼 상용화 가능성을 확인했다고 덧붙였다.
윤경중 박사는 “이번 연구 성과는 생산성과 내구성이라는 두 마리 토끼를 잡은 것으로 향후 청정 그린수소가 그레이수소에 대한 가격 경쟁력을 가질 수 있을 것”이라며 “상용화를 위해 고온 수전해 셀 제조업체와 협력해 양산용 자동화 공정 기술을 개발할 계획”이라고 밝혔다.
이번 연구는 과학기술정보통신부 지원으로 KIST 주요사업과 기후변화대응기술개발사업으로 이뤄졌으며 연구결과는 화학공학분야 국제학술지에 최근 게재됐다.