뉴스1에 따르면 국내 연구진이 백금 사용량을 10분의 1로 줄여 수전해 셀의 경제성을 높이는데 성공했다.
이 기술은 미국 에너지부(DOE)가 제시한 수전해 셀 성능 및 귀금속 사용량의 2026년 목표치를 유일하게 충족시켜 주목된다.
한국과학기술원(KAIST)은 생명화학공학과 이진우 교수 연구팀이 화학과 김형준 교수 연구팀과 음이온 교환막 기반 수전해 셀의 성능과 안정성을 획기적으로 높이는 고성능 고안정성 귀금속 단일 원자 촉매를 개발했다고 31일 밝혔다.
연구팀은 귀금속 촉매의 열화 메커니즘을 역이용하는 ‘자가조립원조 귀금속 동적배치’ 전략을 개발했다. 이는 1000도 이상의 고온에서 귀금속이 자발적이고 선택적으로 탄화물 지지체에 단일원자로 분해돼 안정적으로 담지되는 합성 기술이다.
연구팀은 이를 통해 상용 백금 촉매 대비 10분의 1 수준의 백금 사용량으로도 더 높은 성능과 안정성을 구현했다.
단일 원자 촉매는 금속 원자가 지지체 표면에 고립된 형태로 담지돼 높은 귀금속당 촉매 효율을 나타냈으나, 기존 저온 환원법에서는 촉매 성능 및 안정성 확보에 한계가 있었다.
이 밖에도 연구팀은 이 합성 기술을 통해 백금뿐만 아니라 이리듐, 팔라듐, 로듐 등 다양한 귀금속 단일 원자 촉매에도 적용 가능성을 입증했다. 연구팀이 개발한 백금 단일 원자 촉매의 경우, 염기 조건 수소 생성반응에서 높은 안정성을 가지며 높은 밀도의 귀금속 활성점을 통해 우수한 수소 생산 성능을 보여 상용 백금 촉매 대비 5배 높은 귀금속당 수소 생산 성능을 구현할 수 있었다.
연구팀은 개발 촉매의 상용성 평가를 위해 음이온 교환막 기반 수전해 셀에 적용, 상용 백금 촉매 대비 10분의 1 백금 사용량에도 불구하고 이를 뛰어넘는 성능을 기록했다. 3.38A/㎠ (@ 1.8 V)의 높은 성능과 1A/㎠의 산업용 전류밀도에서도 우수한 안정성을 나타낸 것이다.
연구를 주도한 김성빈 연구교수(제1 저자)는 "이 기술은 수전해 셀 원가를 크게 줄이고, 수전해 셀뿐만 아니라 다양한 귀금속 기반 촉매 공정에도 응용할 수 있어 산업적 파급력이 클 것으로 보인다“고 말했다.
UNIST 에너지화학공학과 신승재 교수, KIST 수소연료전지센터 김호영 박사가 공동 제1 저자로 참여한 이번 연구의 성과는 국제 학술지 `에너지 인바이론멘탈 사이언스'에 1월 게재됐고 후면 표지논문으로 선정됐다.
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