고효율, 저가 촉매 제조를 위해 인화니켈을 나노 선으로 성장시키는 과정 및 반응 사이트 분석./사진제공=한국과학기술연구원
유성종 한국과학기술연구원 국가기반기술연구본부 연료전지연구센터 박사국내 연구진이 친환경 에너지인 수소를 저렴하게 생산할 수 있는 촉매 기술을 개발했다.
1일 한국과학기술연구원(KIST)는 국가기반기술연구본부 연료전지연구센터의 유성종 박사와 한·인도협력센터 이승철 박사가 물 분해를 통한 수소 발생 반응 과정에서 ‘고결정성 인화니켈 나노선 화합물’을 전극 촉매로 사용하는 기술을 개발했다고 밝혔다.
현재까지 물을 전기 분해해 수소를 얻는 과정에선 귀금속인 백금이 촉매로 가장 효과적이라고 알려져 있지만, 비싼 가격과 낮은 안정성 문제로 한계에 봉착한 상황이다. 니켈계 금속 촉매의 경우 백금 촉매에 비해 과전압이 많이 필요해 가격이 100배 가량 저렴하다는 이점에도 불구하고 크게 주목 받지 못했었다.
연구팀은 니켈계 화합물의 일종인 ‘인화니켈’의 고효율 반응에 주목하고 양자역학 계산기법을 활용해 인화니켈을 나노선으로 성장시키는 기술을 개발했다. 이를 통해 개발한 단결정 인화니켈 나노선은 표면에 니켈 금속과 인의 강한 상호 작용을 통해 니켈금속의 전자 구조를 변형시켜 수소 발생 반응을 극대화한다. 이 촉매는 기존 니켈계 금속 촉매에서 필요한 과전압보다 60% 낮은 과전압에서 고효율로 수소 생산이 가능하며, 12시간 동안 이뤄진 물 분해 실험에서 성능이 거의 줄어들지 않을 정도로 내구성도 우수한 것으로 나타났다.
유성종 KIST 박사는 “미래 청정에너지에 대한 관심이 높아지는 가운데 재생에너지로서 물을 수소와 같은 화학에너지로 변환하는 기술의 상용화는 중요한 이슈가 되고 있다”며 “이번 연구는 수소에너지 상용화를 한 발 앞당겼다는데 큰 의의가 있다”고 말했다.
이번 연구는 KIST 기관고유 연구사업과 미래창조과학부 글로벌프론티어사업, 한국연구재단 중견연구자지원사업, 한·인도협력센터 GKP 사업을 통해 수행됐으며, 연구결과는 에너지 및 나노 분야 학술지 ‘나노 에너지’에 게재됐다.
