고활성 그린수소를 저비용으로 생산할 수 있는 원천기술 마련
기후변화 대응전략 차원에서 핵심 미래 에너지로 전세계가 그린 수소에 주목하고 있는 가운데 고효율의 그린 수소를 낮은 비용으로 생산할 수 있는 고성능 촉매를 전북대학교 김도환 교수팀이 개발해 학계의 관심을 받고 있다.
23일 전북대에 따르면 사범대 과학교육학부 김도환 교수팀(에너지저장·변환공학과)에서 박사과정 연구를 하고 있는 다오 티 후엔 학생과 살림 시트라 학생이 니켈-철 나노시트를 중층으로 쌓은 수산화물(LDH) 구조의 물 분해 촉매(def-Ru-NiFe LDH/NiCo2O4)를 개발했다.
일반적으로 수소를 만드는 촉매물질로 고가의 귀금속인 백금과 이리듐, 루테늄 등이 사용되는 것에 비해 획기적으로 가격을 낮출 수 있는 방법이다.
이번 연구 결과는 그 우수성이 입증되어 재료 분야 세계 최고 권위 학술지 중 하나인 'Chemical Engineering Journal'의 최신호에 ‘Dual efficiency enhancement in overall water splitting with defect-rich and Ru atom-doped NiFe LDH nanosheets on NiCo2O4 nanowires’라는 제목으로 소개됐다.
친환경 그린수소 실현을 위해 개발된 이 기술은 니켈-코발트(NiCo2O4) 나노와이어 위에 루테늄을 소량 도핑해 니켈-철 나노시트를 결합한 중층 구조의 수산화물(LDH) 구조 합성이다. 높은 촉매 활성을 갖는 물 분해 촉매(def-Ru-NiFe LDH/NiCo2O4)로 기존에 사용하고 있는 귀금속 촉매 대비 절반 이하의 비용으로 제조가 가능하다.
또한 이들은 전산 모델링를 통해 전하밀도 변화를 분석하고, 수전해 과정에서의 전극 표면 반응 메카니즘을 원자 수준에서 규명했다. 제조된 물 분해 촉매(def-Ru-NiFe LDH/NiCo2O4)는 기존에 널리 사용되고 있는 상업용 촉매인 IrO2∥Pt/C(~1.61V @10mAcm-2)에 비해 낮은 1.58V(@ 10 mA cm-2)의 셀전압을 보였다. 내구성 측면에서도 매우 뛰어나 60시간 동안 작동 후에도 초기 성능이 유지되는 것으로 확인되면서 상용화 가능성이 큰 것으로 기대된다.
김도환 교수는 "미래 수소경제사회를 위해 반드시 해결해야 하는 핵심 기술인 고활성 그린수소를 저비용으로 생산할 수 있는 원천기술을 마련했다"면서 "고효율의 그린수소를 저렴하게 생산할 수 있는 고성능 촉매가 조속히 실제 산업에 적용될 수 있도록 상용화를 위해 노력하겠다"고 말했다.
한편 이번 연구는 과학기술정보통신부의 지역혁신선도연구센터(RLRC) 사업과 교육부의 한국연구재단(NRF) 기초연구사업 및 BK21 FOUR사업의 지원을 받아 수행됐다.
