전 세계적으로 기후변화문제에 대처하기 위한 방안의 하나로 수소전기자동차 등 친환경 자동차에 사용에 대한 관심이 높아지고 있는 가운데 현재 수소 연료는 대부분 천연가스 등 화석연료를 사용하여 생산되고 있는 실정이다.
이에 대한 대안으로 친환경 수소를 생산할 수 있는 물 전기분해 기술에 대한 관심이 커지고 있다. 최근 국내 연구진이 수소를 생산할 수 있는 친환경 기술인 물 전기분해 장치의 핵심 소재 기술을 개발했다고 밝혔다.
한국과학기술연구원(KIST, 원장 이병권) 연료전지연구센터 장종현 박사팀은 전해도금을 통해 이리듐산화물을 다공성 금속지지체에 코팅하는 전극 기술을 개발한 것이다. 이 기술은 전기화학적 수소 생산 성능과 내구성이 우수하여, 귀금속 촉매 사용량 저감 및 전극 제조 공정 단순화의 측면에서 가격 경쟁력 확보가 가능할 것으로 전망된다.
대용량, 장기간용 에너지저장장치(ESS)로 물 전기분해 기술을 적용하여 잉여전력을 수소로 저장하는 방식이 주목 받고 있다. 하지만, 물 전기분해 기술이 상업적 경쟁력을 확보하기 위해서는 재료 및 제조 공정 측면에서 비용 저감과 성능 증대를 동시에 실현할 수 있는 기술 개발이 요구되고 있다.
기존의 기술은 분말을 물리적으로 도포하는 방식으로 귀금속 촉매 사용량(1~5 mg/cm2)이 많으며 보호 코팅막 제조가 필요했던 단점이 있었던 반면, 이번에 개발한 기술은 소량의 이리듐산화물을 다공성 금속지지체에 코팅하는 간단한 방법으로서 소재 및 공정의 비용 저감에 기여할 수 있을 것으로 기대된다.
KIST 장종현 박사팀은 기존의 단점을 해결하기 위해 이리듐산화물을 전해도금으로 다공성금속지지체에 코팅하여, 촉매와 지지체 보호막 역할을 동시에 수행하는 새로운 전극 제조 기술을 개발하였다. 연구진은 전해도금 조건을 조절하여 이리듐산화물의 담지량 및 미세구조를 제어할 수 있음을 확인하였으며, 소량의 이리듐산화물을 균일하게 형성하는 조건을 도출하였다.
개발된 전극으로 물 전기분해 장치를 제작하여 저감된 귀금속량 (0.4 mg/cm2)에서도 우수한 수소 생산 성능을 확인하였다, 또한, 이리듐산화물층이 물 전기분해 조건에서 다공성금속지지체의 보호막으로 활용될 수 있음을 전기화학적 분석 및 수소생산 안정성 평가로 확인하였다.
또 장 박사는 “본 연구로 개발된 전해도금 이리듐산화물 촉매·보호막 기술은 반응 활성화와 부식 방지의 두 가지 역할로 활용될 수 있으므로, 물 전기분해 장치의 귀금속 촉매 사용량 및 공정 비용 저감에 기여할 수 있을 것으로 전망된다. 이를 통해 청정 수소 생산 및 신재생에너지 보급 확대의 기반 기술 구축에 기여할 수 있을 것으로 기대된다.” 고 밝혔다.
한편 연구결과는 촉매 분야의 국제학술지 ‘Applied Catalysis B: Environmental’(IF : 9.446, JCR 분야 상위 2.00%) 최신호(온라인 ‘17.12.16)에 게재되었다. (논문명) Electrodeposited IrO2/Ti electrodes as durable and cost-effective anodes in high-temperature polymer-membrane-electrolyte water electrolyzers
