수소를 음이온 상태로 만들어 고체 속에서 마치 액체처럼 빠르게 이동시키는 기술이 한일 국제공동연구를 통해 개발됐다.

광주과학기술원(GIST)은 21일 화학과 김상륜 교수 연구팀이 한국원자력연구원, 일본 도쿄과학대학과 공동 연구로 분자성 착이온을 활용해 고체 내 수소 음이온의 전도 속도를 높일 수 있음을 규명했다고 밝혔다.

일반적으로 고체 상태에서는 이온이 자유롭게 움직이기 어렵다.

수소는 친환경 에너지로 주목받지만, 다른 물질과 쉽게 반응하는 성질 때문에 안정적으로 다루기 어렵다는 한계가 있다.

연구팀은 수소를 음이온 형태로 안정화하고 고체 내에서 빠르게 이동할 수 있도록 분자성 착이온을 활용해 새로운 구조를 설계했다.

연구팀은 페로브스카이트 구조의 결정 내에 착이온과 수소 음이온을 함께 배치했다.

이를 통해 전자를 잘 내주는 성질을 가진 착이온이 주변 이온들과 비대칭적으로 상호작용하며 제자리에 고정되고, 착이온이 없는 구조에 비해 이온 전도도도 1천배 이상 증가한다는 사실을 발견했다.

착이온의 고환원성(전자를 내주는 성질)에 의해 수소 음이온이 안정화되고 착이온의 정전기적 상호 작용이 약한 영역에서는 낮은 에너지 장벽이 형성돼 수소 음이온이 쉽게 이동할 수 있다는 사실을 확인했다고 연구팀은 설명했다.

김 교수가 지도하고 석박사통합과정 김태현·김태승·이태경 연구원이 공동 주저자로 참여한 이번 연구는 화학 분야 국제학술지 'Journal of the American Chemical Society'에 지난 4월 17일 온라인 게재됐다.

김 교수는 "앞으로 수소 기반의 새로운 친환경 에너지 기술 개발에 중요한 전환점을 마련할 수 있을 것"이라고 말했다.