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백금촉매 OUT, 싸고 오래가는 ‘수소촉매’ 나왔다

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- KIST 연구진, 저가 인화몰리브덴에 티타늄 미량 도핑

- 전자구조 변화로 내구성 대폭 향상

헤럴드경제

티타늄 도핑된 인화 몰리브텐의 수소 발생 매커니즘 모식도.[KIST 제공]

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[헤럴드경제=구본혁 기자] 수소전기차로 대표되는 수소경제 활성화의 핵심은 전기를 생산하기 위한 수소를 저렴한 가격에 생산하는 것이다. 수소를 생산하는 방법은 석유화학 공정에서 부가적으로 발생하는 부생수소 포집과 천연가스와 같은 탄화수소 연료를 개질기에 통과시키는 화석연료 개질, 수전해 등이 있다. 친환경적 방법인 ‘물의 전기분해’인 수전해 방식에서 수소발생반응을 촉진하는 역할을 하는 촉매는 수소경제의 효율과 가격 경쟁력을 결정하는 가장 중요한 요소다. 하지만 수전해 장치에서는 수소발생반응 활성과 장기 내구성에서 어떤 물질과도 비교할 수 없을 만큼 좋은 성능을 보이는 고가의 백금(Pt) 촉매를 필수적으로 사용해야 해 다른 방법들만큼 가격경쟁력을 확보할 수 없었다.

또 전기화학적 환경 속에서 쉽게 부식되는 전이금속 소재의 내구성을 높여야 한다는 과제도 있다.

한국과학기술연구원(KIST)은 수소·연료전지연구단 유성종 박사팀이 백금을 사용하지 않고 수소 생산 효율을 향상시키고, 비백금촉매의 한계였던 내구성 문제를 극복해 장기적 안정성을 확보한 전이금속 소재 촉매를 개발했다고 20일 밝혔다.

연구팀은 저가의 전이금속인 인화 몰리브덴(MoP)에 스프레이 열분해 공정을 통해 소량의 티타늄을 주입했다. 몰리브덴은 값이 싸고 비교적 다루기 쉬워 에너지 전환 및 저장장치의 촉매 재료로 사용되고 있지만, 산화에 취약하여 쉽게 부식되는 게 단점이었다.

개발한 촉매는 합성 과정에서 각 재료의 전자구조가 완전히 재구성되며 수소발생반응의 활성도가 백금계 촉매와 동등한 수준을 보이는 것으로 확인됐다. 특히 전자구조의 재구성에 따라 전이금속계 소재의 고질적인 한계로 지적되던 높은 부식성을 개선해 기존 촉매 대비 내구성이 26배 향상되어 비백금계 촉매의 상용화 시기를 크게 앞당길 것으로 보인다.

유성종 박사는 “이번 연구는 전이금속계 촉매 기반 수전해 장치의 최대 제약이었던 안정성을 향상한 것에 의의를 찾을 수 있다”며 “전이금속계 촉매의 수소생산 효율을 백금 촉매 수준으로 끌어올림과 동시에 안정성을 동시에 향상시킨 이번 연구가 친환경 수소에너지 생산 기술의 상용화를 한 발 더 앞당기는 데 기여하길 바란다”고 밝혔다.

이번 연구결과는 에너지 및 나노 분야의 국제 학술지 ‘나노 에너지’ 최신호에 게재됐다.

nbgkoo@heraldcorp.com

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