카이스트 신소재공학과 정연식 교수·한국과학기술연구원 김진영 박사 공동연구팀은 수소를 더 효과적으로 생산해낼 수 있는 '성냥개비 탑' 모양의 촉매 기술을 개발했다고 8일 밝혔다.
'고분자 전해질막 수전해' 기술은 태양전지 또는 잉여 전기에너지를 이용해 물을 전기분해함으로써 순도가 높은 수소를 생산하는 차세대 유망 기술이다.
수소 경제 현실화를 위해서는 수소를 저렴하게 생산하는 문제가 핵심 과제인데, 전기분해 장치 양극에 사용되는 이리듐(Ir) 촉매는 금 수준으로 매우 고가다. 따라서 고분자 전해질막 수전해 장치 상용화를 위해서는 이리듐 촉매의 사용량과 효율을 대폭 개선할 필요가 있다.
공동연구팀은 이리듐 촉매의 사용량을 획기적으로 줄일 수 있는 새로운 개념의 3차원 촉매 소재 기술을 개발하는 데 성공했다.
무작위적 형상과 배열을 가지는 기존 이리듐 촉매와 달리 '성냥개비 탑(Woodpile)' 형상의 3차원 이리듐 촉매 구조를 인쇄 방식으로 제작하는 기술을 개발한 것이다.
이 경우 규칙적 구조를 지니기 때문에 높은 활성도를 유지하게 되고 촉매 표면에 생성된 가스 버블이 효율적으로 잘 빠져나오는 장점이 있다.
또 훨씬 더 적은 양의 이리듐을 사용하고도 전기분해 장치의 성능을 더 높게 구현할 수 있다. 실제로 기존과 똑같은 양의 이리듐 촉매를 사용했을 때보다 20배 이상의 높은 효율을 보이는 것으로 나타났다.
KAIST 정연식 교수는 "연구팀이 개발한 3차원 적층 프린팅 방식의 촉매 생산기술은 복잡한 화학적 합성에 주로 의존하던 기존 기술의 패러다임을 뒤집은 것"이라며 "향후 이산화탄소 전환, 배기가스 감축 등 다양한 분야에 상업적으로 활용될 수 있을 것으로 기대된다"고 말했다.
이번 연구 결과는 국제학술지 '네이처 커뮤니케이션스' 10월 1일 온라인판에 게재됐다.