에너지硏, 니켈·코발트로 수전해 전극 원가 99% 낮췄다

[대전=뉴시스] 김양수 기자 = 비싼 귀금속 대신 니켈과 코발트를 활용해 수소 생산용 전극 소재의 원가를 99% 이상 낮추면서도 백금보다 우수한 성능을 구현할 수 있는 기술이 국내연구진에 의해 개발됐다.

한국에너지기술연구원은 강경수·이현준 박사팀이 값비싼 귀금속 전극보다 더 효율적으로 수소를 생산할 수 있는 알칼라인 수전해용 이종구조 전극을 개발했다고 17일 밝혔다.

수전해는 물을 분해해 수소를 얻는 기술로 알칼라인 수전해는 대규모 그린수소 생산에 유리하지만 반응속도가 느리다는 한계가 있다. 백금·루테늄 등 귀금속을 사용하면 반응을 촉진할 수 있지만 높은 가격이 상용화의 걸림돌이었다.

이번에 연구진은 산화니켈과 니켈-코발트 합금을 하나의 전극 표면에 결합한 이종구조를 설계했다. 산화니켈은 물 분해 반응을 촉진하고 니켈-코발트 합금은 수소 발생 반응을 높여 전체 반응 속도를 끌어올릴 수 있다.

개발된 전극은 10A/㎠에서 과전압 22.7㎷를 기록해 상용 백금 전극의 56.5㎷보다 낮게 나타났다. 과전압은 실제 전기분해에 필요한 추가 전압으로 값이 낮을수록 수소 발생에 필요한 에너지가 적다는 의미다.

연구진은 최근 3년간 보고된 비귀금속계 알칼라인 수전해 전극 가운데 세계 최고 수준의 성능이라고 설명했다.

특히 소재 가격을 대폭 낮췄다. 백금과 루테늄은 각각 g당 약 58달러와 54달러인 반면 니켈은 약 0.02달러, 코발트는 약 0.05달러 수준으로 귀금속 대비 전극 소재 원가를 99% 이상 줄일 수 있다.

또 전원을 반복적으로 켰다 끄는 간헐 운전시험에서도 성능이 유지돼 태양광·풍력 등 변동성이 큰 재생에너지와 연계한 그린수소 생산에 활용 가능성도 확보했다.

연구진은 향후 5000㎠ 이상의 대면적 전극을 개발해 ㎽급 알칼라인 수전해 설비에 적용할 계획이다. 해외에 의존하던 핵심 소재의 국산화를 실현한 이번 연구결과는 국제학술지 '어드밴스드 사이언스'(Advanced Science)에 최근 게재됐다.

강경수 박사는 "비싼 귀금속 없이도 세계 최고 수준의 알칼라인 수전해 전극을 만들 수 있음을 보여준 성과"라며 "해외 기술에 의존하던 핵심 소재를 국산화해 그린수소 생산단가를 낮추는 데 기여할 것으로 본다"고 말했다.


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