[토토 사이트 이상현 기자] 울산과학기술원(UNIST)은 에너지화학공학과 권영국 교수팀이 음이온교환막(AEM)과 지지체 사이에 촉매층을 직접 성장시켜 막전극접합체(MEA)를 제조하는 '막-촉매-지지체 일체형 전극 제조기술'을 개발했다고 21일 밝혔다.
산소를 발생시키는 대표 촉매인 니켈, 철 기반의 촉매층을 음이온교환막과 전극 지지체 사이에 직접 성장시켜 계면저항을 획기적으로 개선하면서 수소생산의 성능과 전극 촉매의 안정성 또한 향상시켰다.
AEM 수전해 기술은 음이온만 선택적으로 이동시키는 교환막을 전해질로 사용해 수소를 생산한다. 그러나 상업화를 위해서는 성능 및 계면저항에 대한 개선이 필요하다.
연구팀은 먼저 반응이 일어나는 동안 다른 물질의 산소를 제거하거나 상대 물질에 전자를 주는 물질인 BH4-를 음이온만 통과시키는 ‘음이온교환막’을 통해 이동시켰다. 연구팀은 이렇게 이동한 환원제를 금속이온과 반응을 유도해 전극 지지체와 음이온교환막 사이에 '활성 촉매층'을 성장시켰다.
이 기술을 활용한 전해조는 기존 대비 두 배 낮은 계면저항성을 보였다. 50℃ 알칼리 환경에서 기존의 전해조보다 약 100mV 이상 낮은 셀 전압(1.79V)에서도 전류밀도 1A/cm2를 나타내는 우수한 성능을 보였다. 400시간 이상 구동테스트에서는 낮은 열화 속도(0.07mV/h)를 보이며 그 안정성을 입증했다고 설명했다.
연구팀은 일반적으로 사용하는 이오노머 대신 촉매층을 직접 성장시킨 것이 주효했다고 밝혔다. 이오노머를 배제하고 촉매층을 직접 성장시켜 막-촉매-지지체 계면을 최적화함으로써 성능과 안정성을 모두 개선했다.
권영국 에너지화학공학과 교수는 "수전해조 성능과 안정성을 동시에 확보하는 것은 그린수소 생산 기술의 상업화에 필수적"이라며 "전해조 핵심 요소인 막전극접합체에서 야기되는 문제점을 파악하고 해결하는 원천기술을 개발해 수소경제 실현을 앞당기겠다"고 말했다.
이번 연구는 에너지·환경과학 분야 권위지인 'ACS Energy Letters'에 표지 논문으로 선정돼 10월 13일 온라인 게재됐고, 11월 10일 출판됐다.