한국에너지기술연구원, '산화니켈·니켈-코발트' 합금 이종 구조 전극 설계
값비싼 귀금속 전극을 대체해 원가를 99% 이상 절감한 수전해용 전극이 개발됐다.
한국에너지기술연구원은 강경수·이현준 수소에너지연구소 박사 연구팀이 산화니켈, 니켈-코발트 합금을 하나의 전극 표면에 배치한 '이종 구조 전극'을 설계했다고 17일 밝혔다. 연구 성과는 국제 학술지 '어드밴스드 사이언스'에 온라인으로 게재됐다.
수전해는 물을 분해해 수소를 얻는 기술이다. 그중에서도 알카라인 수전해 기술은 알칼리 수용액을 전해질로 사용해 물을 분해하는데, 비교적 적은 설비만으로 수소를 대량 생산할 수 있다는 장점이 있다.
다만 다른 방법에 비해 수소 생산이 느리다는 한계가 있다. 알카라인 환경에서의 물 분해 속도가 산성 환경에 비해 약 100분의 1 느리기 때문이다. 속도를 높이기 위해 백금, 루테늄 등 귀금속 전극이 쓰이는데, 값이 비싼 탓에 대량 생산에 적용하기 어려웠다.
연구팀은 귀금속 전극을 대체할 이종 구조 전극을 새롭게 개발했다. 물 분해를 촉진하는 '산화니켈'과 수소 발생 반응을 높이는 '니켈-코발트 합금'을 전극 표면에 함께 배치했다.
개발한 전극은 같은 조건의 백금 전극 대비 40% 수준의 전압만으로도 수소 발생 반응을 일으켰다. 연구팀에 따르면 이는 최근 3년간 나온 비 귀금속계 알카라인 전극 중 최상위권에 해당하는 수치다.
원가는 귀금속 전극에 비해 99% 이상 낮다. 백금이 g(그램)당 약 58달러(약 8만원)인데 비해 니켈은 g당 약 0.02달러(약 27원), 코발트는 약 0.05(약 69원)달러다.
산업 현장 적용 가능성도 확인했다. 극을 적용한 지름 8.7센티미터(㎝)의 단위 전지는 전극을 넣지 않은 니켈 전극보다 11% 낮은 전압을 기록했다. 또 600회 이상 가동과 중단을 반복하는 테스트 이후에도 내구성이 떨어지지 않아, 전력 공급이 들쭉날쭉한 재생에너지와 연계해도 안정적으로 작동할 수 있음을 입증했다.
연구를 이끈 강경수 박사는 " 비싼 귀금속 없이도 세계 최고 수준의 알카라인 수전해 전극을 만들 수 있음을 보여준 성과"라며 "해외 기술에 의존하던 알카라인 수전해 핵심 소재를 국산화해 친환경 그린수소의 생산 단가를 낮추는 데 기여하겠다"고 밝혔다.
