한국과학기술연구원(KIST·원장 오상록)은 이성수 전자파솔루션융합연구단 박사팀이 전자파 차폐·흡수 특성을 가진 '산화 안정형 몰리브데넘계 맥신'을 개발했다고 7일 밝혔다.
산화 반응 안정성을 지녔다. 수전해 촉매 담지체로 응용하면 그린 수소 생산 비용을 절감할 수 있다.
물을 수소, 산소 분자로 분해하려면 많은 에너지가 필요하다. 에너지를 줄이고자 촉매가 사용되며, 촉매가 작을수록 표면적이 넓어 반응이 잘 일어난다.
하지만 시간이 흐를수록 작은 촉매 입자들이 뭉쳐 표면적이 줄고 수소 생산효율이 떨어진다. 이를 방지하기 위해 촉매와 지지체를 함께 사용하는데, 음극에서는 산화 반응으로 탄소가 사용되면 이산화탄소로 산화돼 내산화성이 높은 지지체가 필요하다.
이때 지지체로 사용 가능한 물질이 맥신이다. 맥신은 전기가 잘 통하고 촉매 지지체로 적합한 구조를 지녀 수소 생산에 유리하다. 특히 티타늄 기반 맥신이 가장 많이 연구됐다. 다만 물에 쉽게 산화된다는 원자 특성 탓에 티타늄 촉매는 높은 전기전도도를 유지할 수 없다.
이에 연구팀은 몰리브데넘을 적용한 맥신을 지지체로 사용하는 음극 촉매를 새롭게 설계했다. 몰리브데넘 기반 맥신을 지지체로 활용했을 때, 맥신 표면을 구성하는 몰리브데넘 원자와 촉매 코발트 사이 강한 화학 결합이 만들어진다. 이렇게 생성된 화학 결합으로 수소 생산효율 또한 약 2.45배 증가했다.
특히 최근 티타늄 계열 맥신을 활용한 단위 전지 셀 내구성이 40시간이 채 되지 않았던 결과 대비 10배 이상 내구성 향상 효과를 확인했다.
이를 통해 그린 수소 생산비용 절감을 기대할 수 있으며, 향후 대규모 수소 생산 발전소 및 대량 그린 수소 발전 스테이션 분야에도 활용할 예정이다.
이성수 박사는 “맥신 구성 원소를 제어해 그린 수소 생산 환경에 적합한 후보군을 찾아 산화 환경에서 안정성 있는 맥신 지지체를 확보했다”며 “향후 수소 생산효율과 내구성을 지닌 산소 발생 전극 촉매 개발로 수소 기반 생태계 활성화에 기여할 것”이라고 밝혔다.
김영준 기자 kyj85@etnews.com
