수소와 전기 생산 한번에…복합 재생연료전지 상용화 앞당겨

기존 방법을 통해 만든 평평한 물 산화촉매(A,B)와 이번에 개발한 반원형태의 고효율 저담지 물 산화 촉매(C, D)와 성분 분석(E) 내용. 사진제공=KIST

최근 장치 하나에 여러 기능을 담는 복합기기가 인기다. 프린터도 스캔과 팩스를 겸용하는 복합기가, 빨래를 하고 말릴 수 있는 건조세탁기, 공기청정과 냉난방을 함께 하는 에어컨 등이 대표적이다.

신재생 에너지 분야에서도 최근 물을 전기분해해 수소와 산소를 만드는 수전해와 역반응으로 전력을 생산하는 ‘일체형 재생 연료전지’가 주목받고 있다. 태양광과 풍력 같은 재생에너지 기술로 만든 남는 전력을 친환경 수소로 저장했다가 필요할 때 다시 사용할 수 있기 때문이다. 하지만 이에 필요한 비싼 촉매가 상용화의 발목을 잡고 있다.

한국과학기술연구원(KIST)은 박현서 수소·연료전지연구단 박사진이 서울대 공동 연구진과 함께 일체형 재생 연료전지 촉매에 필수로 들어가는 비싼 귀금속 이리듐 함량을 최대 80%가 넘게 줄일 수 있는 이중도금 전극 기술을 개발했다고 28일 밝혔다.

촉매는 재생 연료전지에서 느린 산화와 환원 반응 속도를 높이는 역할을 한다. 빨라진 전기화학반응이 물 전기분해와 수소 생산에 들어가는 전력소비를 낮춘다. 하지만 기존 수전해 장치는 수소 생산 효율을 높이려고 이리듐 사용이 많았다.

연구진은 더 높은 성능을 갖는 도금 전극을 만들기 위해 촉매 층 밑에 반원 형태로 제어된 촉매 지지체를 만들었다. 그리고 그 위에 수전해 촉매를 만드는 이중도금 기술을 개발했다.

이에 따라 촉매의 활성 표면적이 기존 단일도금 전극보다 2.5배 이상 증가했다. 촉매 담지량 당 전류밀도는 단일도금 전극의 2.1배, 스프레이 전극과 비교하면 56배가 향상됐다. 또 세계적으로 수전해와 재생 연료전지 시스템 상용화 기준점으로 보는 귀금속 질량당 목표치 0.01gIr/kW도 달성했다.

이 기술은 실제 사용에서도 안정적인 성능을 보여 수전해·전력생산 일체형 재생 연료전지 상용화를 앞당길 수 있을 것으로 기대되고 있다.

박현서 박사는 “이중도금 기술 전극은 귀금속 함량이 낮으면서도 성능과 안정성이 우수하다”며 “일체형 재생 연료전지뿐만 아니라 이산화탄소 환원 전지, 질소 환원 전지 같은 여러 친환경 연료전지 분야에서 폭넓게 응용될 수 있을 것”이라고 말했다.

이 연구 결과는 국제학술지 ‘응용 촉매 B환경(Applied Catalysis B-Environmental)’ 최신호에 게재됐다.


박응서 머니투데이방송 MTN 선임기자