안정적인 수소 생산 장치 부품을 만들었다

에너지기술연구원, 수전해 장치 양극 개발
대면적 테스트에도 성공해 상용화 가능성

[파이낸셜뉴스] 한국에너지기술연구원 수소연구단 김민중 박사팀이 태양광이나 풍력 등 들쭉날쭉한 재생에너지로도 성능저하 없이 안정적으로 물에서 수소를 만들어내는 수전해 장치 부품을 개발했다.

26일 에너지기술연구원에 따르면, 이 부품은 12시간 동안 급격한 시작과 정지를 반복 운전해도 성능이 떨어지지 않고 안정적으로 작동했다. 또한 2500㎠의 큰 면적으로 만든 부품도 테스트에 성공해 상용장치에서의 가능성도 높였다.

수소는 국가 12대 전략기술 중 하나로, 수전해는 수소 분야의 핵심기술이다. '2050 탄소중립' 달성을 위해 국내 그린수소 소요량이 2790만t으로 급격히 증가할 것으로 예상되는 가운데 재생에너지와 연계해 변동성에도 잘 견디는 수전해 장치를 개발하는 것이 시급하다.

수전해 장치는 전기를 넣어주면 물을 분해해서 음극에는 수소가, 양극에는 산소가 동시에 만들어진다. 수소와 산소 생산 속도는 양극의 성능이 좌우한다. 즉 산소가 만들어지는 속도에 맞춰 수전해 장치가 진행되지만, 지금까지 나온 양극은 급격한 전압 변화로 쉽게 손상되고 성능이 떨어졌다.

연구진은 계산과학을 통해 양극의 성분인 니켈과 철 중 철 이온의 함량이 40% 이상일 경우 구조적 안정성이 극대화된다는 것을 알아냈다. 이를 실현하기 위해 부식반응을 적용, 최적의 조건을 찾아내 46%의 고농도 철 이온을 가진 전극 개발에 성공했다.

이렇게 만든 양극으로 수전해 장치를 만들어 성능을 시험했다. 연구진은 "시험 결과, 높은 산소발생반응 성능을 나타내 0.4 A/㎠의 전류밀도에서 87.1%(HHV)의 효율로 수소가 만들어졌다"고 설명했다.

김민중 박사는 "이는 선행연구로부터 지속된 연구와 계산과학의 활용을 통해 전극 소재 구조를 설계하고, 이를 구현할 수 있는 전극 제작 기술을 발굴한 것"이라고 말했다.

또한 "수전해 전극의 내구성 향상 기술은 재생에너지로부터 그린수소를 생산하기 위한 핵심 기술 중 하나이기에 보다 많은 관심과 지원이 필요하다"고 덧붙였다.

한편, 연구진은 수전해 장치의 양극을 개발해 에너지와 재료분야 세계적 권위지인 '어드밴스드 에너지 머티리얼스(Advanced Energy Materials)'에 발표했으며, 이 학술지는 표지논문으로 출판했다. 또한 해당 기술은 수요기업으로 기술이전 되어 사업화를 위한 기술 협력을 진행 중이다.

[e-mail] 김만기 기자