그린 수소 생산 효율을 높이는 전극 코팅 기술 개발

전극 표면에 있는 기포를 밀어내는 코팅 기술

물 전기분해의 수소 생산 효율 향상

[위즈덤 아고라 / 김현동 기자] 국내 연구진이 저렴한 그린 수소 생산을 가능하게 만들 기반기술 개발에 성공했다. 

2022년 8월 8일, 울산과기원은 물 전기분해의 효율성을 높이는 전극 코팅 기술 개발을 발표했다. 해당 기술에 사용되는 수화젤은 수소 생산에 방해되는 전극에 있는 기포를 밀어내어 고가의 귀금속으로 만들어진 촉매에 버금가는 효율을 보여준다. 이산화탄소와 같이 오염 물질이 발생하지 않는 그린 수소 생산 방식에 적합한 기술로 물 전기분해 상용화에 큰 기여를 할 전망이다.

UNIST 에너지화학공학과 류정기 교수팀은 전극에 수화젤을 코팅해 물 전기분해의 효율 및 성능을 향상하는 연구 결과를 전기화학 분야의 국제 권위지인 ‘어드밴스드 에너지 머터리얼즈(Advanced Energy Materials)’에 8월 5일 자로 게재했다.

물 전기분해란 물에 담긴 두 전극에 전류를 흐르게 해 물을 수소랑 산소로 분해하는 기술이다. 물이 분해되면서 수소 기포와 산소 기포가 발생하게 되는데 이때 생기는 기포가 전극에 달라붙으면 전류가 흐르는 전극과 물이 접촉하기 힘들어지면서 전극에 과부하가 걸리고 반응이 더뎌지는 문제가 생긴다. 

이러한 문제점을 해결하고자 류정기 교수팀은 전극에 수화젤을 코팅하는 기술을 개발하였다. 수화젤은 물을 흡수하는 능력이 뛰어나 소프트렌즈 재료, 기저귀 등에 쓰인다. 수화젤의 물을 좋아하는 성질을 이용해 전극에 코팅하게 되면 기체가 전극으로부터 밀려나게 된다. 

수화젤을 전극에 코팅해 물 전기분해를 한 결과, 수화젤을 하기 이전의 경우보다 고전압에서 150% 증가한 수소 생산을 보였으며 상용 촉매 중 가장 뛰어난 성능을 지는 루테늄과 버금가는 수소생산 효율을 보였다. 물을 분해하는 데 사용되는 전력량이 줄었다.

이 기술은 기존에 기포를 털어내기 위해 사용되었던 전극의 표면 나노 구조를 변형하거나 초음파 같이 외력으로 기포를 털어내는 방식보다 훨씬 간단하면서 상용화에 유리하다. 나노 구조를 변형하는 방식은 대형화가 어려우며 외력을 사용하는 방식은 추가 장비가 필요한 한계가 있었다. 

연구진은 “전극에 수화젤을 코팅하는 것만으로도, 귀금속 촉매를 사용하는 것과 같은 분해 반응 활성화 효과를 거뒀다”며 “기존에 초음파 등으로 기포를 털어내는 방식보다 간단하고 저렴해 그린 수소 생산기술 상용화에 도움이 될 것”이라 전망했다.