수전해 부품이 고온에도 끄떡없이 작동한다

KIST, 고온 수전해용 나노촉매 개발
큰 면적으로 만들어 성능 유지 확인

KIST 박미영 박사가 이번에 개발한 고온 수전해용 대면적 셀과 나노촉매 합성을 위한 특수화학 용액을 보여주고 있다. KIST 제공

[파이낸셜뉴스] 한국과학기술연구원(KIST) 에너지소재연구센터 윤경중 박사팀은 물을 전기 분해해 수소를 만드는 장치의 새로운 부품을 개발했다. 이 부품은 고온 수전해용 나노촉매로 600도 이상의 고온과 1A/㎠ 이상의 강한 전기흐름에도 오랫동안 견딜 수 있다.

11월 30일 KIST에 따르면, 연구진은 실제 수전해 장치에 사용되는 이 나노촉매를 144㎠ 규모의 대면적 상용 셀에 적용했다. 그결과 400시간이 넘도록 사용해도 성능이 떨어지지 않아 안정되게 작동했다.

또한 수소 생산 속도가 4.3N㎥/㎡h로 나와 기존 생산량보다 2배 이상 증가했다.

100도 이하의 온도에서 작동하는 저온 수전해 방식은 장치의 안정성과 소재 개발 측면에서 장점이 있어 기술성숙도가 높다. 이에 반해 고온 수전해 방식은 물을 분해하는데 소모되는 전기에너지가 적어 생산비용이 낮지만 높은 온도로 인한 소재의 부식, 구조 변화 등의 문제가 상용화를 가로막고 있다. 특히, 저온 수전해 기술의 성능을 올리기 위해 사용하고 있는 나노소재 촉매는 작동 온도가 높으면 열화가 빠르게 일어나 고온 수전해 방식에는 활용이 어려웠다.

연구진은 투과전자현미경 등의 분석 장비로 고온 수전해 전지에 적용되는 페로브스카이트 나노촉매의 특성 변화 과정을 분석해 스트론튬 탄산염, 코발트 산화물 등 전지의 열화를 유발하는 원인물질을 밝히고 이를 제거해 높은 온도에서도 나노촉매의 모양과 크기를 유지하는 데 성공했다.

윤경중 박사는 "나노소재를 고온 수전해 기술에 적용한 이번 연구 성과는 생산성과 내구성이라는 두 마리 토끼를 잡은 것"이라며 "향후 청정 그린수소가 그레이수소에 대한 가격 경쟁력을 가질 수 있다"고 말했다. 그러면서 "상용화를 위해 고온 수전해 셀 제조업체와 협력해 양산용 자동화 공정 기술을 개발할 계획"이라고 덧붙였다.

한편, 연구진은 이번에 개발한 수전해용 촉매를 화학공학 분야 국제학술지 '케미컬 엔지니어링 저널(Chemical Engineering Journal)'에 발표했다.

[e-mail] 김만기 기자