수소 생산시 백금 촉매량 5000분의1로 줄인 기술 개발

한국연구재단 전기준 인하대 교수팀

백금 나노입자. 사진제공=한국연구재단

[아시아경제 김봉수 기자] 화석연료가 아닌 물에서 친환경적으로 수소를 얻으려는 연구가 활발한 가운데 수전해(water electrolysis) 과정에 쓰이는 백금 촉매의 단가를 크게 낮출 수 있는 방법이 국내 연구진에 의해 개발됐다.

한국연구재단은 전기준 인하대학교 환경공학과 교수 연구팀이 물을 분해해 수소를 얻는 수전해 과정에 필수적인 고가의 백금촉매에 필적할 새로운 저가형 촉매를 제안했다고 3일 밝혔다.

차세대 에너지원의 하나로 그린수소에너지에 대한 관심이 높아지면서 물을 분해하여 수소를 얻는 수전해 기술에 대한 연구가 활발하다. 수전해를 돕는 촉매로 백금의 우수성은 잘 알려져 있었으나 고가의 백금 함량을 경제성을 지닐 정도로 충분히 낮출 수 있는지가 상용화의 관건이었다.

연구팀은 백금에 아닐린(벤젠고리를 가진 화합물)을 첨가한 백금-아닐린 복합체를 이용해 백금 함량을 기존 음극재(백금 10%) 대비 5000분의1 수준으로 낮췄다. 또 이를 토대로 황을 도입한 양자점(Quantum dot) 형태의 이황화백금(PtS2) 촉매를 디자인한 결과 전기적 효율과 안정성을 모두 개선할 수 있었다.

촉매를 기판에 붙이는 별도 공정 대신 기판 위에 직접 이황화백금을 성장(화학기상증착법)시키는 방법도 개발했다. 수전해 반응 중 기판과 촉매를 연결하는 바인더의 접착 효과가 떨어지면서 안정성이 저하되는 것을 막기 위해 바인더 자체가 필요 없도록 만든 것이다. 실제 이렇게 제작한 티타늄카바이드 기판은 기존 이산화티타늄 기판에 비해 전기저항이 약 12배 감소했고, 이황화백금을 적용한 음극전극을 적용한 결과 기존 백금촉매 적용 음극과 거의 동일한 수준의 수소생산 효율을 보였다. 강산 용액의 극한 환경에서도 60시간 이상 수준을 유지할 정도로 우수한 안정성을 보였다.

이번 연구 결과는 에너지 및 환경 분야 국제학술지 ‘어플라이드 카탈리시스 B:엔바이런먼탈(Applied Catalysis B: Environmental)’에 지난 15일 온라인 게재됐다.