600도 고온 수전해 견디는 나노 촉매 개발
열화 현상 원인물질 제거해 안정성 높여
◆…고온수전해 촉매 물질과 이를 적용한 수전해용 대면적 나노셀. 사진=한국과학기술연구원 제공
600도 이상 고온에서도 나노 촉매의 모양과 크기를 유지할 수 있는 나노촉매가 개발돼 그린수소 가격 경쟁력 확보가 가능할 것으로 기대된다.
한국과학기술연구원(KIST)은 에너지소재연구센터 윤경중 책임연구원 연구팀이 600도 이상 고온에서 장시간 높은 전류 밀도를 유지할 수 있는 고온 수전해용 나노촉매를 개발했다고 30일 밝혔다.
수전해는 100도 이하 저온 수전해와 600도 이상 고온 수전해로 나눈다. 저온 방식은 장치 안정성과 소재 개발 측면에서 유리하지만, 고온 방식은 물 분해에 드는 에너지가 적어 생산비용이 적어 차세대 기술로 꼽힌다.
하지만 수전해 성능을 높이는 데 필요한 높은 온도로 인해 소재 부식과 구조 변화 등 열화현상(성능 저하)이 일어나 상용화가 어려웠다.
◆…고온 수전해 전지의 전극 내부에 작은 나노 입자가 균일하게 형성됐다. 자료=한국과학기술연구원
연구팀은 고온 수전해 전지에 사용되는 나노 촉매의 특성 변화 과정을 분석했다.
이를 통해 스트론튬 탄산염, 코발트 산화물 등 전지의 열화를 일으키는 원인물질을 밝혀내고 이를 제거해 실제 고온 수전해 전지에 적용했다. 그 결과 650도 고온에서 수소 생산량은 2배 이상 늘어났고 400시간 이상 성능이 떨어지지 않는 것으로 나타나 나노촉매의 구조 변형을 일으키는 화합물 생성을 막는 기술을 개발했다.
윤 책임연구원은 "나노소재를 고온 수전해 기술에 적용한 이번 연구성과는 생산성과 내구성이라는 두 마리 토끼를 잡은 것으로 향후 청정 그린수소가 그레이수소에 대한 가격 경쟁력을 가질 수 있을 것"이라며 "상용화를 위해 고온 수전해 셀 제조업체와 협력해 양산용 자동화 공정 기술을 개발할 계획"이라고 말했다.
이번 연구 결과는 지난 15일 국제학술지 '화학공학 저널(Chemical Engineering Journal)'에 게재됐다.
