600도 이상 고온 물 전기분해에 활용할 수 있는 내구성 강한 나노촉매가 개발됐다.

30일 한국과학기술연구원(KIST)은 에너지소재연구센터 윤경중 책임연구원 연구팀이 600도 이상 고온에서 오랜 시간 높은 전류 밀도를 유지하는 고온 수전해용 나노촉매를 개발했다고 밝혔다.

수전해는 100도 이하 저온 수전해와 600도 이상 고온 수전해로 나눈다. 저온 방식은 장치 안정성과 소재 개발 측면에서 유리하지만, 고온 방식은 물 분해에 드는 에너지가 적어 생산비용이 적어 미래기술로 주목받는다.

▲ 고온수전해 촉매 물질과 이를 적용한 수전해용 대면적 나노셀.

하지만 수전해 성능을 높이는 데 필요한 나노소재 촉매가 작동 온도가 높으면 성능이 나빠지는 열화현상이 빠르게 일어나는 문제가 있어 상용화가 어려웠다.

이에 연구팀은 페로브스카이트 나노촉매를 고온에서 쓸 때 구조 변형을 일으키는 화합물 생성을 막는 기술을 개발했다.

페로브스카이트는 사면체나 팔면체 또는 입방체의 결정구조를 가지는 물질로 촉매로 주로 쓰인다.

이 촉매의 특성 변화 과정을 분석해 스트론튬 탄산염, 코발트 산화물 등이 불순물로 존재해 빠르게 구조 변형을 일으켜 전지 열화를 일으키는 것을 밝혀내고, 이를 제거한 나노촉매를 개발했다고 연구팀은 설명했다.

그 결과 650도 고온에서 수소 생산량을 촉매가 2배 이상 늘리면서도 400시간 이상 성능이 떨어지지 않는 것으로 나타났다.

윤 책임연구원은 "생산성과 내구성이라는 두 마리 토끼를 잡은 것으로 향후 청정 그린수소가 그레이수소에 대한 가격 경쟁력을 가질 수 있을 것"이라며 "상용화를 위해 고온 수전해 셀 제조업체와 협력해 양산용 자동화 공정 기술을 개발할 계획"이라고 말했다.

연구 결과는 지난달 24일 국제학술지 '화학공학 저널'에 실렸다.

윤승훈 기자  press@jeonpa.co.kr

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