국내 연구진이 바닷물 속에서도 안정적인 수소 생산을 도와 해수 수전해 기술 실용화를 앞당길 연구 성과를 내놨다.
한국재료연구원(KIMS·원장 최철진)은 에너지·환경재료연구본부 수소·전지재료연구센터 양주찬 박사 연구팀이 신소재 '맥신(MXene)'을 활용해 해수 수전해 핵심 난제인 염소(Cl) 이온 발생을 억제하는 복합촉매를 개발했다고 23일 밝혔다.
수소는 탄소를 배출하지 않는 친환경 에너지원으로 각광받는다. 수소 에너지를 얻기 위한 수전해 기술은 깨끗한 담수를 주로 활용해 생산 비용이 많이 들고 물 자원 문제도 발생한다.
바닷물을 이용하는 해수 수전해 기술이 대안으로 떠오르지만 바닷물에 포함된 Cl 이온이 수전해 전극을 쉽게 부식시켜 수소 생산 장치의 수명을 줄이는 치명적인 문제가 해결되지 않은 상태다.
맥신은 금속과 탄소 또는 질소로 이뤄진 2차원 나노 물질이다. 전기전도성이 뛰어나고 다양한 금속화합물과 조합할 수 있어 전극 소재로 활용하기 적합하다. 다만 산소와 물에 반응성이 높고 산화에 취약해 장기간 적용하기에는 한계가 있었다.
연구팀은 맥신을 선택적으로 산화시켜 안정적인 전도성 구조를 형성하고 고에너지 볼밀링 공정을 통해 산소 발생 촉매인 니켈 페라이트(NiFe2O4)와 결합한 전극 복합촉매를 제조했다.
개발한 복합촉매는 기존 촉매 대비 전류밀도가 약 5배, 내구성이 2배 향상됐다. 염소이온에 대한 반발성도 우수해 전극이 부식되는 문제를 효과적으로 해결했다.
연구팀은 이 과정으로 높은 균일성과 재현성을 확보해 대량 생산 가능한 기술적 기반을 마련했다. 실험실 수준 촉매 성능 평가를 넘어 실제 수전해 단위 셀에서도 성능을 검증하며 실용화 가능성을 입증했다.
이번 연구는 한국에너지기술평가원과 국가과학기술연구회 지원을 받아 수행했으며 울산과학기술원(UNIST·총장 박종래) 에너지화학공학과 송현곤 교수팀과의 협력으로 이뤄졌다. 연구 결과는 나노과학 분야에서 권위 높은 학술지인 'ACS 나노' 6월 30일자에 게재됐다.
양주찬 박사는 “이번 연구는 신소재 맥신을 활용해 바닷물 속 염소 이온 문제를 해결한 데 의미가 있다”며 “지속 가능한 수소 생산 기술로 이어질 수 있도록 후속 실증 연구도 활발하게 진행 중”이라고 말했다.
창원=노동균 기자 defrost@etnews.com
