한양대 연구팀, 비용 낮춘 고순도 청정 수소 생산기술 개발

[이데일리 한광범 기자] 한양대는 방진호 바이오나노학과 교수팀이 ‘물 전기분해 시스템’에서 사용되는 고효율 비 귀금속계 촉매의 실용화를 앞당길 수 있는 촉매 합성 원천기술을 확보했다고 6일 밝혔다.

방 교수팀이 확보한 기술은 간단한 열 공정만으로 고효율 물산화 반응 물 산화 반응 촉매를 대량으로 생산할 수 있어 향후 물 전기분해 시스템의 경제성을 높이는데 기여할 수 있을 것으로 예상된다.

방진호 한양대 교수. (사진=한양대)

물 전기분해 시스템은 전기화학 반응을 이용해 물을 수소와 산소로 분해하는 에너지 변환 장치로, 화석 연료를 사용하지 않으면서 고순도의 청정 수소를 생산할 수 있어 가장 이상적인 수소 생산법으로 주목받는다.

이리듐 산화물(IrO2)이나 루테늄 산화물(RuO2) 등 고가의 귀금속으로 만들어진 촉매 가격이 비싸고, 대량생산이 힘들다는 단점이 있어 상용화에 어려움을 겪고 있었다.

방 교수팀은 이 같은 문제점을 극복하고자 상업적으로 널리 사용되는 저가의 비귀금속 벌크 소재에 간단한 열 공정을 통해 나노 구조화를 구현할 수 있는 신개념 하향식 나노 구조화 공정을 개발했다.

이렇게 개발된 촉매는 이리듐 산화물 촉매 활성에 육박하는 우수한 촉매 활성과 안정성을 가졌지만, 10분의 1 이하로 가격을 낮췄다. 기존 촉매 대비 약 1만 배 이상의 크기를 가진 벌크 소재로 귀금속 촉매의 촉매 활성을 실현할 수 있어 대량생산도 가능해졌다.

방 교수는 “수소 생산용 물 전기분해 시스템의 핵심 전극 소재인 귀금속계 이리듐 산화물을 대체할 수 있는 새로운 촉매 합성 원천 기술을 확보함에 따라, 물 전기분해 시스템의 경제성 확보를 앞당기는 한편 기존 촉매 합성 기술에 새로운 전환점을 마련했다”고 설명했다.

이번 연구는 과학기술정보통신부·교육부·한국연구재단 기초연구사업 (중견연구, 대학중점연구소) 지원으로 수행됐으며, 연구결과는(논문명: Iterative oxidation and sulfidation reactions: revival of bulk cobalt sulfide into an active electrocatalyst for the oxygen evolution reaction) 나노소재기술분야 국제 저명 학술지 ‘Journal of Materials Chemistry A’에 출판됐다.