연구성과

환경 조강우 교수팀, 수소 생산을 위한 “싸고 빠른” 촉매 개발

2023-02-01 535

[POSTECH-GIST 공동 연구팀, 니켈-철 스피넬 산화물의 이리듐 도핑을 통한 산소발생 활성과 안정성 향상]

세계 곳곳에서는 나타나고 있는 이상기온 현상이나 가속화되는 지구온난화를 막을 방법은 없다. 그 속도를 늦추는 것이 인류의 과제라 해도 과언이 아니다. 그만큼 온실가스의 주성분인 이산화탄소를 배출하는 화석연료 대신 수소를 에너지원으로 사용하는 기술이 요구되고 있다. 그중에서도 물 분자(H₂O)에 전류를 흘려 수소(H₂)와 산소(O₂)로 분해해 수소를 생산하는 ‘수전해 기술’은 청정에너지 기술로 주목받고 있다.

최근 POSTECH-GIST 공동연구팀에서 수전해 기술을 통해 효율적으로 수소를 얻을 수 있는 안정적이고 대량생산 가능한 촉매를 내놓았다. 이번 연구는 한국연구재단의 지원을 받아 수행됐으며, 연구 성과는 재료 분야 국제 학술지 ‘Advanced Functional Materials’에 2023년 1월 뒷표지(back cover) 논문으로 게재됐다.


수전해 과정에서는 물을 전기분해하면 산소발생반응과 수소발생반응이 동시에 일어나는데 전체 반응이 속도가 비교적 느린 산소발생반응에 맞춰 진행된다. 산소발생반응이 느려질수록 수소 생산 속도도 느려지기 때문에 산소반응발생의 속도를 올려주는 촉매를 사용하는 것이 필수적이다. 일반적으로 백금이나 이리듐 등 귀금속 촉매를 사용하는데 가격이 비싸 상용화를 제한한다는 단점이 있다. 저가 금속 기반의 촉매들이 개발됐지만 귀금속 촉매보다 반응이 느리다는 한계가 있었다.

환경공학부 조강우 교수 연구팀은 GIST 지구·환경공학부 이재영 교수 연구팀과 함께 니켈-철 스피넬 산화물에 소량의 이리듐 도핑을 통해 이리듐 산화물보다 높은 활성과 기존 니켈-철 산화물보다 우수한 안정성을 가진 산소발생반응용 촉매 개발에 성공했다.

연구팀이 이번에 개발한 촉매는 대량생산이 가능한 졸겔법(sol-gel)을 사용했다. 높은 전류 밀도 조건에서 이리듐 산화물보다 과전압이 40mV 이상 낮고, 130일 이상 구동이 가능할 정도로 안정성이 높은 것으로 나타나, 해당 촉매를 활용하여 친환경 수소생산을 앞당길 것으로 기대된다.

연구를 주도한 조강우 교수는 “지속가능한 에너지 개발과 탄소 중립적인 수소발생을 위해서는 고효율 산소발생 전기촉매의 활용이 필수적”이라며 “이 연구를 통해 니켈 철 스피넬 산화물제의 높은 활성과 안정성을 확인함으로써 친환경 수소 생산의 길이 열릴 것으로 기대한다”고 말했다.