UNIST "이온 전달 소재 산화 예방해 수소생산 효율 개선"

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'이오노머' 전기화학적 산화 막아…"저가 촉매 상용화 가능성↑"

(울산=연합뉴스) 김용태 기자 = 음이온 교환막 방식의 수소 생산 과정에서 발생하는 효율 저하를 예방할 수 있는 원리를 울산과학기술원(UNIST) 연구진이 밝혀냈다.

24일 UNIST에 따르면 신소재공학과 이승걸 교수팀은 저가의 비백금계 금속 촉매를 이용한 새로운 음이온 교환막 수전해 기술을 제시했다.

일반적인 수소 생산 장치에서는 시간이 지나면서 전극층(음극층)에 들어가는 이온 물질 전달 고분자 소재인 '이오노머'(ionomer)의 성질이 변해 약해지기 쉽다.

이는 수소 생산 효율 저하와 장치 수명 단축을 초래한다.

연구팀은 칼륨이 촉매 표현에 붙게 만들어 이오노머와 촉매의 직접적인 접촉을 줄였다.

칼륨의 흡착 에너지가 유기 화합물보다 3배 이상 크다는 점을 활용해 양이온 물질이 촉매 표면에 경쟁적으로 흡착되도록 한 것이다.

연구팀은 이를 통해 이오노머의 산화를 막아 수소 생산 성능을 유지할 수 있음을 물질의 전자 구조를 계산하는 밀도범함수이론(DFT)을 통해 입증했다.

기존에도 염기성이 강한 수산화칼륨과 수산화나트륨 수용액을 이용해 성능을 개선하려는 시도가 있었으나, 그 구체적인 원리가 밝혀지지 않았다.

제1저자인 임지훈 연구원은 "이번에 규명된 경쟁적 흡착 전략이 촉매와의 접촉면에서 발생하는 이오노머 소재의 전기화학적 산화를 줄이는 데 효과적이다"며 "저가 촉매의 상용화 가능성을 높일 것"이라고 말했다.

연구 결과는 에너지 분야 국제 학술지 'ACS 에너지 레터스'(ACS Energy Letters)에 지난 6월 2일 온라인으로 게재됐다.

연구는 미국 로스앨러모스 국립 연구소, 버클리대·버클리랩 연구진과 공동으로 수행했으며, 미국 에너지부와 한국연구재단의 지원을 받았다.

yongtae@yna.co.kr

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