청정수소를 저렴한 비용으로 생산할 수 있는 고효율 촉매가 개발됐다.

한양대학교는 지난 10월 12일 이승현 화학분자공학과 교수팀이 저비용·고효율의 전기화학 촉매 개발에 성공했다고 밝혔다.

최근 전 세계적으로 기후변화와 환경에 대한 관심이 증가하며 친환경에너지에 대한 관심이 높아지고 있다. 특히 수소는 탄소를 배출하지 않고 풍력·태양광 등 재생에너지와 달리 이동과 보관이 가능해 주목받고 있다.

청정수소를 얻기 위해 물을 전기분해하는 ‘수전해’ 방식이 주로 사용된다. 수전해 방식은 탄소배출이 없다는 장점이 있지만 사용되는 촉매의 가격이 비싸 상용화에 어려움을 겪고 있다.

이에 한양대 이승현 교수팀은 이번 연구에서 바나듐이 결합된 코발트-질화물 결정성 코어 위에 코발트-니켈-인산으로 구성된 비정질성 쉘을 결합해 기존 촉매를 대체할 수 있는 3차원구조의 촉매를 개발했다. 또한 더 높은 정확성을 갖는 컴퓨터 시뮬레이션 기술인 ‘Density Functional Theory(DFT)’를 활용해 합성된 구조체 내에서 일어나는 전자의 움직임을 잘 설명할 수 있는 방법론을 제시했다.

연구로 개발된 촉매는 알칼리성 전해질에서 고비용 촉매인 상업용 백금·루테늄 촉매보다 훨씬 낮은 전극 전위를 요구해 보다 우수한 수소생산 성능을 보였다.

이승현 교수는 “글로벌 이슈인 탄소중립 시대에서 수전해 기술 상용화에 큰 걸림돌이었던 비싼 루테늄 및 백금 기반 전기화학 촉매를 대체할 수 있는 경제적이고 효율이 뛰어난 촉매 개발에 새로운 도약의 발판을 마련했다”고 말했다.

한편 이번 연구는 ‘비정질모양의 쉘과 결정모양의 코어’ 결합 형태의 3차원 구조의 촉매가 전기화학적 물분해를 통한 수소 생산에 효과적인 전략이 될 수 있음을 밝혀냈다는 점에서 의미가 있는 것으로 평가 받고 있다.