KIST 연구팀, 고효율·저가형 촉매 원천기술 개발

 

아주경제 신희강 기자 = 국내 연구진이 물의 전기분해방법으로 수소를 만드는 데 필요한 촉매의 원료를 저렴하고 내구성이 높은 니켈계 화합물로 제작하는 기술을 개발했다. 

1일 한국과학기술연구원(KIST)에 따르면 국가기반기술연구본부 연료전지연구센터 유성종 박사와 KIST 한-인도협력센터 이승철 박사는 귀금속 촉매보다 가격을 획기적으로 낮추고 성능이 뛰어난 새로운 촉매를 개발하는데 성공했다고 밝혔다.

수소에너지는 채굴량 한계 및 지역 편재성이 없고, 환경 친화적이기 때문에 차세대 에너지로 각광받는 에너지원이다. 하지만 상용화에 있어 △대용량 수조 필요 △높은 비용 △낮은 안정성 등 문제로 한계에 봉착해 있었다.

니켈계 금속 또는 화합물 촉매의 경우는 백금 촉매에 비해 과전압이 많이 필요로 하여, 가격적인 면의 이점(백금 가격의 1/100)에도 불구하고 주목을 받지 못하고 있었다.

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이에 연구팀은 기존 희소 금속인 백금 기반의 촉매보다 뛰어난 고효율, 저가형 촉매 제조를 위해 니켈계 화합물의 일종인 인화니켈의 고효율 반응 가능성에 주목했다. 양자역학 계산기법을 활용해 인화니켈을 나노선(nanowire)으로 성장시키는 기술을 개발한 것이다.

연구팀이 개발한 단결정 인화니켈 나노선은 표면에서 니켈 금속과 인의 강한 상호 작용을 통해 니켈금속의 전자 구조를 변형시켜 수소 발생 반응을 극대화시켰음을 보여줬다. 유무기 복합체 사이의 전하 전달이 매우 중요한 역할을 한다는 것을 싱크로트론 X-ray로 세계 최초로 밝힌 셈이다.

또한 물로부터 수소를 발생시키는 경우 니켈계 금속 촉매에서 필요한 과전압보다 60% 더 낮은 과전압에서 고효율로 생산할 수 있음을 확인했다. 특히 인화니켈 나노선 촉매는 단위 면적당 높은 반응성을 보여 현재까지 보고된 니켈계 촉매들의 성능 중 최고 수준을 보였다.

유성종 KIST 박사는 “미래 청정에너지에 대한 관심이 높아지는 가운데 재생에너지로서 물을 수소와 같은 화학에너지로 변환하는 기술의 상용화는 중요한 이슈”라며 “그런 의미에서 이번 연구는 수소에너지 상용화를 한 발 앞당겼다는데 큰 의의가 있다”고 말했다.

이번 연구는 KIST 기관고유 연구사업과 미래창조과학부의 글로벌프론티어사업과 한국연구재단 중견연구자지원사업 그리고 한인도협력센터 GKP 사업을 통해 수행됐다. 연구결과는 에너지 및 나노 분야의 국제 저명 학술지인 Nano Energy(IF: 11.553) 8월호에 게재됐다.