전북대 이중희 교수팀, 세계 최고 음이온 교환막 수전해 시스템 개발

전북대학교 이중희 나노융합공학과 교수팀이 참여한 공동연구진이 차세대 유망 에너지원인 그린수소를 저비용으로 대량생산할 수 있는 '음이온 교환막(AEM) 방식의 수전해 장치에 적용할 수 있는 촉매를 개발했다.

이 수전해 장치에는 현재 백금(Pt)이나 루테늄/이리듐(Ru/Ir) 기반의 고가 귀금속 촉매를 적용하고 있으나 재료 원가가 비싸고 세계적으로 매장량도 제한적이어서 장치의 제작비용을 증가시키고 장시간 사용 시 촉매 입자가 떨어지거나 응집돼  장치의 성능이 급격하게 떨어지는 문제점을 안고 있다.

이 교수팀은 이러한 문제의 해결을 위해 우수한 전기화학적 특성을 가진 철과 망간 전이금속이 결합된 니켈 층상 이중 수화물(LDH) 구조체를 만들어 표면적이 넓으면서도 복합화한 구조체 표면에 소량(1.4 wt%)의 백금 단원자 촉매를 흡착시키는 방법으로 저렴하면서도 활성도가 매우 높은 수전해 촉매를 개발했다.

이번 연구 결과는 에너지소재분야의 세계 최고 학술지인 'ACS 나노(Nano)' 최신호에 게재됐다.

새로 개발한 촉매는 현재 상용화된 가장 우수한 촉매인 백금/탄소(Pt/C) 촉매와 비교해 질량당 약 15.45배 정도 매우 높은 촉매 활성을 보였다. 

또한 최적화된 전자 특성으로 인해 물을 분해해 수소가스 발생 속도를 크게 높이는 효과를 나타냈다.

이 교수는 “이번 성과는 전 세계적으로 초기 연구단계에 있는 음이온 교환막 수전해 장치의 원천기술을 선점할 수 있다는 데 의미가 있고, 특히 산업계가 요구하는 높은 수소 생산 비용과 효율을 해결할 수 있는 핵심 소재 기술이기에 산업계에 미치는 파급효과가 매우 클 것”으로 기대했다.

한편, 이번 연구는 전북대 나노융합공학과 이 교수와 김남훈 교수, 트란듀이 탄 교수 팀과 트란 코아 당 박사과정생이 협업으로 이뤄낸 성과로,  과학기술정보통신부의 나노탄소기반에너지소재지역혁신선도연구센터(RLRC) 사업과 중견연구자 지원사업의 지원을 받아 수행됐다.