UNIST, 수전해 효율 높이는 촉매 개발

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울산과학기술원(UNIST) 연구진이 물을 수소와 산소로 분해하는 수전해 반응을 촉진하는 촉매를 개발했다.

UNIST는 김광수 자연과학부 교수팀이 '금속 유기물 복합체' 촉매를 개발했다고 4일 밝혔다.

수전해는 수소와 산소 생산 반응이 동시에 일어나는데, 이때 속도가 느린 산소 발생 반응에 맞춰 수소 발생 반응도 함께 진행된다는 문제가 있다. 산소 발생 반응이 늦어질수록 수소 생산도 더디게 진행된다.

연구진은 니켈과 철을 포함하는 금속 유기 골격체(MOF)를 이용, 개발한 촉매로 문제를 해결했다.

촉매 실증 실험에서 사용한 알칼리 음이온 교환막 물 전기분해조 모형
<촉매 실증 실험에서 사용한 알칼리 음이온 교환막 물 전기분해조 모형>

MOF는 금속과 유기물이 건축물 철근과 같은 뼈대 모양을 이룬다. 미세 구멍(채널)이 많아 표면적이 넓고, 촉매 반응이 일어나는 금속 원자가 표면에 노출된다. 상용 촉매에 사용되는 이리듐에 비해 니켈과 철은 매장량도 많고 가격도 저렴하다.

다만 MOF는 전기전도성이 낮고 불안정하다는 단점이 있었는데, 연구진은 전도성이 높고 튼튼한 그래핀을 접목해 단점을 극복하고 효율을 높였다.

실제 촉매 성능을 평가한 결과 300밀리볼트(㎷) 전압에서 1㎠ 단위면적 당 0.5암페어(A) 전류 밀도를 달성했다. 이 촉매는 1000 시간 이상을 작동했을 때도 내구성이 우수했다.

울산=임동식 기자 dslim@etnews.com