[한국기술뉴스] 지스트 융합기술원 에너지융합대학원의 박찬호 교수 연구팀은 재생에너지 연계 수전해에 적용 가능한 고효율 이리듐 산화물 촉매를 만드는 액상 촉매 합성법을 개발했다.

재생에너지 발전과 연계하기 쉬운 고분자 전해질막 수전해 시스템은 귀금속인 이리듐 기반 촉매를 산소 발생 반응용 양극 촉매로 사용하고 있다. 수전해 기술은 물을 전기분해해 수소를 얻는다. 이산화탄소를 배출하지 않아 친환경 그린수소 생산이 가능하다. 하지만 촉매로 사용되는 이리듐은 자원량이 희박한 금속으로 값이 비싸다는 단점이 있다. 또한 현재의 낮은 수전해 효율은 그린 수소 생산 활성화에 걸림돌이 되고 있으며, 이를 향상시키기 위해 이리듐 합금 개발 및 이리듐의 산화 상태 조절을 통해 활성과 내구성을 향상시키는 연구가 활발하게 진행되고 있다.

연구팀은 새로운 액상 환원 방법을 개발해 촉매 표면과 중심의 이리듐 산화 상태를 변화시키고 이를 최적화했다. 연구팀이 개발한 이리듐 산화물 촉매를 수전해 단위전지에 적용했을 때 촉매 사용량을 50% 이하로 사용했음에도 불구하고 기존 상용 촉매에 비해 크게 향상된 성능을 확인할 수 있었다. 합성된 촉매는 표면에 Ir(3+)와 Ir(4+)가 존재하며 중심으로 갈수록 Ir(0)이 존재하는 산화수의 구배(기울기) 구조를 가진다. 이 구조는 산소 발생 반응의 활성과 안정성을 모두 향상시켰고 합성된 촉매를 수전해 단위전지에 적용했을 때, 이리듐 촉매 사용량을 절반 이하로 사용했음에도 초기 안정성 평가 이후 상용 촉매 대비 5.3배 우수한 활성을 보였다.

박찬호 교수는 “새로운 액상 환원법을 이용하여 이리듐 산화물 촉매 내의 이리듐 산화 상태의 분포 구배를 만들어서 활성과 내구성을 동시에 향상시킬 수 있었다”면서 “단위전지에서 입증되었듯이 실제 시스템에 적용하여 향후 수전해 효율 증가뿐 아니라 양극에서의 이리듐 사용량을 감소시킬 수 있을 것으로 기대한다”고 말했다.

연구결과는 국제학술지 ‘저널 오브 파워 소스(Journal of Power Sources)’에 3월 9일 게재됐다.