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한국생산기술연구원(원장 이낙규)은 건국대와 함께 기존 백금 소재보다 60%가량 저렴하면서 수소 생산 효율은 향상시킨 새로운 수전해 촉매 소재 개발에 성공했다고 15일 밝혔음.

현재 대부분 수소는 석탄이나 석유, 천연가스와 같은 화석연료로부터 분리해내는 방식으로 생산하는데, 제조단가는 저렴한 반면 생산과정에서 온실가스를 배출하고 환경오염을 유발한다는 단점이 있음.

수전해 기술은 물을 전기분해해 수소를 생산하는 기술로, 제조공정이 친환경적이어서 최근 연구개발이 매우 활발한 분야임. 그러나 현재 기술력으로는 수전해 수소 생산에 백금과 같은 고가의 귀금속 기반 촉매를 필요로 해 상용화에 어려움을 겪고 있음.

생기원 기능성소재부품연구그룹 소속 김강민 박사와 한혁수 건국대 미래에너지공학과 교수가 이끄는 공동연구팀은 수전해 기술 상용화 핵심이 고효율 저단가 촉매 개발에 있다고 보고 함께 연구를 진행했음.

연구팀은 먼저 촉매 표면에 화학적 표면 식각 공정을 적용, 전기전도성이 우수한 니켈보라이드(Ni₂B), 반응물 흡착에 유리한 니켈하이드록사이드(Ni(OH)x)를 동시에 형성할 수 있는 원천기술을 개발했음.

그리고 이를 기반으로 효율적인 촉매 반응을 일으킬 수 있도록 전하 전달과 표면 흡착을 한 번에 최적화시킬 수 있는 새로운 촉매 소재 설계 패러다임을 제시했음.

이 촉매를 사용할 경우 기존 귀금속 촉매에 상응하는 내구성을 유지하면서 수소 생산효율도 10%가량 높일 수 있음. 촉매 가격은 기존 대비 약 40% 수준으로 절감될 것으로 예상됨.

김강민 박사는 “수소 촉매뿐만 아니라 배터리·연료전지·슈퍼캐패시터 등 에너지 전환 및 저장 소자에도 적용할 수 있는 기술”이라며 “수소산업 생태계 조성 및 그린뉴딜 선도에 기여할 것으로 기대된다”고 말함.

본 연구 성과는 ‘Advanced Functional Materials’ 지의 표지논문으로 게재됨.