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02.25 (화)

물에서 수소 뽑아내는 장치를 더 싸게 만들었다

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KAIST-UNIST-KIST, 백금 10%만 쓴 수전해 셀 개발
기존 장치보다 5배 더 효율적으로 수소 만들어 내
미 에너지부가 목표한 성능을 충족한 유일한 성과


파이낸셜뉴스

국제 학술지 '에너지와 환경과학(Energy & Environmental Science)'의 후면 표지 사진. KAIST 제공


[파이낸셜뉴스] 한국과학기술원(KAIST) 생명화학공학과 이진우 교수팀은 울산과학기술원(UNIST), 한국과학기술연구원(KIST)과 함께 물을 전기로 분해해 수소를 만드는 장치인 '수전해 셀'에서 아주 비싼 금속인 백금을 기존보다 10분의 1만 사용하고도 더 좋은 성능을 내는 기술을 개발했다.

1월 31일 KAIST에 따르면, 연구진이 만든 촉매는 기존 촉매보다 5배 더 효율적으로 수소를 생성했으며, 적은 양의 백금을 사용하고도 기존 촉매보다 더 오랜 시간 동안 안정적인 성능을 유지했다.

수소 생산 장치에 이 촉매를 넣어서 실험한 결과, 1.8V의 전압에서 3.38 A/㎠의 전류 밀도가 측정됐다. 전류 밀도는 단위 면적당 흐르는 전류의 양을 나타낸 것으로, 같은 전압에서 전류가 더 많이 흐르면 수소가 더 많이 만들어진다는 의미다. 특히 이 장치는 실제 공장에서 수소를 만들 때 사용하는 전류 밀도인 1A/㎠에서도 안정적으로 작동했다.

연구진은 "실험 결과에 나온 수치는 미국 에너지부(DOE)가 목표로 한 2026년 수전해 셀 성능 및 귀금속 사용량 기준인 3.0 A/㎠를 충족한 유일한 연구 사례"라고 설명했다.

연구진은 '자가조립원조 귀금속 동적배치'라는 방법을 이용해 촉매를 만들었다. 이 방법은 1000도 이상의 아주 높은 온도에서 백금이 스스로 적절한 위치에 자리 잡아 단단히 고정되는 기술이다. 이 방법으로 기존보다 10분의 1 만큼 적은 백금을 사용해도 더 좋은 성능과 안정성을 얻을 수 있었다.

기존 촉매는 작은 금속 알갱이가 표면에 붙어 있지만, 쉽게 떨어져 나가거나 성능이 떨어지는 문제가 있었다. 하지만 연구진이 개발한 촉매는 백금 원자가 탄화물 지지체 위에 단일 원자로 안정적으로 자리 잡기 때문에 성능이 뛰어나고 수명이 길어지는 장점이 있다.

이번 연구에 참여한 KAIST 김성빈 연구교수는 "이 기술은 수전해 셀의 원가를 크게 절감시키며, 수전해 셀 뿐만아니라 다양한 귀금속 기반 촉매 공정에도 응용할 수 있어 산업적 파급력이 클 것"이라고 말했다.

한편, 이번 연구는 KAIST 김성빈 연구교수가 주도하고, UNIST 에너지화학공학과 신승재 교수, KIST 수소연료전지센터 김호영 박사가 공동으로 참여했다. 연구 결과는 국제 학술지 '에너지와 환경과학(Energy & Environmental Science)'에 발표했으며, 학술지에서는 연구 성과의 우수성을 인정해 후면 표지 논문으로 선정했다.
#한국과학기술원 #KAIST #수소 #촉매 #수전해 #전류밀도

monarch@fnnews.com 김만기 기자

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