저렴한 망간으로 수소 생산가격 낮춘다

GIST, 물에서 수소 만드는 망간 촉매 개발
산소가 빨리 나오는 만큼 수소도 빨리 나와
새 촉매 활용해 산소 발생 속도 15배 증가

[파이낸셜뉴스] 광주과학기술원(GIST) 지구·환경공학부 이재영 교수팀과 인하대 화학공학과 이기영 교수팀이 저렴한 망간으로 물을 전기분해해 수소 생산 비용을 낮출 수 있는 새로운 촉매를 개발했다.

전도성 탄소와 혼합된 망간 기반 촉매는 전기 전도도를 조절해 수전해 성능을 향상시켜 기존 촉매보다 산소발생 반응 속도가 15배 이상 증가했다. 연구진은 기존의 값비싼 귀금속 촉매를 대체할 경우 친환경 수소를 저비용으로 생산할 수 있어 수소 시대를 앞당기는 데 기여할 것으로 전망했다.

지스트 이재영 교수는 17일 "저렴한 망간 산화물을 활용해 촉매 반응면적을 늘려 수전해 성능을 향상시킬 수 있는 촉매를 개발할 수 있었다"면서 "특히 최근 니켈의 가격상승으로 인해 대체 전이금속 기반의 전극촉매 개발이 시급한 상황에서 이번 연구성과의 의미가 크다"고 강조했다.

수전해 방식은 물에 전기를 가해 음극에서 수소가, 양극에서 산소가 발생한다. 수소를 많이 빨리 만드려면 음극 뿐만아니라 양극에서도 산소가 빨리 만들어져야 가능하다.

음극은 지금까지 국내외 다양한 연구진이 이미 많은 연구개발을 통해 저렴하고 성능 좋은 재료를 만들었지만 산소가 나오는 양극용 재료는 아직도 비싸거나 성능이 떨어진다.

연구진은 전기전도성 확보를 위해 흑연화된 전도성 탄소를 망간 기반의 양극 촉매에 적용했다. 그 결과 산소발생 반응 속도가 15배 이상 증가했다.

또, 개발된 촉매의 상업적인 활용 가능성을 판단하기 위해 제3세대 음이온 교환막 수전해법에 적용한 결과, 기존 촉매 대비 400% 높은 전류밀도에서 수소 생산이 가능한 것을 확인했다.

인하대 이기영 교수는 "이 촉매 기술은 망간 산화물을 수전해 촉매로 상용화하기 위한 원천기술을 확보했다는 데 의의가 있다"며 "양극산화 기술을 통해 생성된 망간 산화물은 저비용 친환경 수소 생산에 기여할 것"이라고 말했다.

한편, GIST 함가현 박사(제1저자)와 인하대 이재원 박사과정생(공동 제1저자)이 함께 한 이번 연구결과는 응용화학 분야의 국제학술지인 '에너지 화학 저널(Journal of Energy Chemistry)'에 지난 4월 25일 온라인 게재됐다.

[e-mail] 김만기 기자