친환경 수소 생산,

핵심소재 기술개발로 상용화 앞당긴다. 
 - 저비용, 고내구성 전극 제조를 위한 이리듐산화물 전해도금 기술 개발
 - 친환경 수소생산 및 신재생에너지 보급 확대 기반 기술로 응용 기대

 

전 세계적으로 기후변화문제에 대처하기 위한 방안의 하나로 수소전기자동차 등 친환경 자동차에 사용에 대한 관심이 높아지고 있다. 현재 수소 연료는 대부분 천연가스 등 화석연료를 사용하여 생산되고 있는 실정인데, 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 개발했다. 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.

<그림 1>전해도금으로 제조된 이리듐산화물 촉매/보호막 및 수소생산 전류 성능

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. 

<그림 2> 전해도금 시간에 따른 이리듐산화물 촉매/보호막의 미세구조 변화

KIST 장종현 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.

 

본 연구는 과학기술정보통신부(장관 유영민) 지원으로 KIST 기관고유사업과 산업통상자원부(장관 백운규) 산업기술혁신사업으로 수행되었으며, 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
   - (제1저자) 한국과학기술연구원 최승회 박사(Post-Doc.)
   - (교신저자) 한국과학기술연구원 장종현 박사(책임연구원)

 

Posted by KIST PR

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