아주대학교는 서형탁 교수(첨단신소재공학과·대학원 에너지시스템학과) 연구팀이 고가의 백금을 대체할 비귀금속 기반의 고성능·고내구성 수전해 촉매를 개발, 경제적인 그린수소 상용화 기반을 마련했다고 10일 밝혔다.
수전해는 물을 전기분해해 탄소 배출 없이 고순도 수소를 생산하는 기술이다. 그동안 전극에 백금 등 값비싼 귀금속이 들어가 상용화 장벽이 높았다. 기존 비귀금속 촉매는 산성 환경에서 쉽게 부식되거나 반응 속도가 느리고, 수소 발생에 필요한 추가 에너지(과전위)가 높아 효율이 떨어졌다.
연구팀은 바나듐(V)과 몰리브덴(Mo) 기반의 황화물 격자 구조에 극소량의 인듐(In)을 첨가(도핑)하는 방식을 도입해 촉매 내부의 전자 구조를 정밀하게 제어했다. 그 결과 촉매 표면의 전기 전달 속도가 빨라졌으며, 수소 발생 반응에 필요한 에너지가 최적화되어 에너지 손실(과전위)을 크게 낮출 수 있었다.
연구팀이 개발한 인듐 도핑 니켈-몰리브덴 황화물(In-doped NMS-4) 전극은 염기성 환경(수산화칼륨)에서 159 mV, 산성 환경(황산)에서 166 mV의 매우 낮은 과전위를 기록했다. 이는 기존 단일 금속 황화물 전극 대비 과전위를 4~50% 줄인 수치다. 학계와 산업계에 보고된 기존 비귀금속 황화물 전극(200~350 mV 수준)과 비교해도 확연히 향상된 성과다.
서 교수는 "비귀금속 황화물 소재의 고질적 한계인 산성 환경에서의 낮은 안정성과 염기성 환경의 느린 반응 속도를 동시에 극복했다"며 "차세대 수전해 시스템에 즉시 적용할 수 있도록 대면적 상용화 연구를 이어갈 것"이라고 밝혔다.
이번 연구는 아주대 무하메드 와카스 박사과정생이 제1저자로 참여했으며, 국제 학술지 '어플라이드 카탈리시스 B: 엔바이론먼트 앤 에너지'(Applied Catalysis B: Environment and Energy)에 게재됐다.
