KIST, '스마트' 이리듐 촉매로 수소연료전지·수전해 시스템 내구성 개선 성과

수전해 기술, 수소연료전지 구동시스템 내구성 문제를 해결할 수 있는 촉매 기술이 개발됐다.

한국과학기술연구원(KIST·원장 윤석진)은 오형석 청정에너지연구센터 책임연구원팀이 베를린 공대와 공동연구로 수소연료전지 및 수전해 시스템 전극에서 발생하는 내구성 저하 문제를 해결할 수 있는 이리듐 나노 촉매를 개발했다고 19일 밝혔다.

기존 시스템은 전기 생성 과정에서 나오는 물이 촉매 표면을 덮을 때 전극 일부인 탄소가 이산화탄소로 산화되는 문제가 있었다.

연구팀은 이리듐 나노 촉매를 써 문제를 해결했는데, 이것에도 난관이 있었다. 이리듐은 쉽게 산화돼 이리듐 산화물(IrO)형태로 존재하기 때문에 전극 부식은 막을 수 있지만, 백금 촉매 활성을 오히려 방해하는 문제가 있었다. 이 때문에 이리듐 산화물을 다시 금속으로 되돌리는 것이 필수 과제였다.

이리듐 나노 촉매 표면에서의 비화물, 비산화물 가역성 원리 설명 개요도
<이리듐 나노 촉매 표면에서의 비화물, 비산화물 가역성 원리 설명 개요도>

KIST 연구진은 일반적인 반응 시에는 이리듐 금속으로 존재해 촉매로서의 역할을 하고, 전극이 부식될 위험이 발생하면 이리듐 산화물로 변해 부식을 막을 수 있는 스마트 촉매를 개발했다. 실시간 분석을 통해 이리듐 촉매의 화학 변화를 조절할 수 있는 이리듐 산화물 산화 피막 두께를 찾아내 상황에 맞춰 형태를 바꾸는 촉매를 개발했다. 기존 상용 백금 촉매가 40% 성능 감소를 보이는 가혹 조건 내구성 평가에서 9% 성능 감소만을 보였다,

오형석 책임연구원은 “개발 이리듐 촉매 분석 플랫폼으로 연료전지 및 수전해 시스템의 내구성 문제를 해결할 수 있는 새로운 연구개발(R&D) 방향을 제시했다”며 “하나의 촉매로 다양한 전기화학 반응에 적용 가능해 수소 자동차 및 그린 수소 생산 수전해 시스템 내구성 개선 전략으로서 탄소중립 달성에 기여할 것으로 기대한다”고 밝혔다.

대전=김영준기자 kyj85@etnews.com