한국에너지공과대학교(KENTECH·켄텍) 연구진이 그린수소 생산 효율성과 안정성을 동시에 높일 수 있는 전극 기술을 선보였다.

4일 켄텍에 따르면 에너지공학부 김창희 교수 연구팀이 넓은 면적에 균일하게 기술을 적용하는 대면적 제조 공정을 이용한 이황화 몰리브덴(MoS₂) 기반의 고성능 알칼라인 수전해 수소 발생전극을 개발했다.

그린수소는 재생에너지나 원자력 전기로 물을 전기 분해하는 수전해 기술을 통해 만들어지며 이산화탄소를 배출하지 않는 수소다.

수전해 기술의 핵심은 전극과 분리막으로, 연구팀은 성능과 안정성을 높인 전극을 개발했다.

이황화몰리브덴은 구조와 전자적 특성을 조절해 수소 발생 반응에서 높은 촉매 활성을 구현할 수 있는 차세대 비귀금속계 전극 소재다.

본질적으로 촉매 활성도가 낮은 2H 구조를 1T 구조로 전환하면 활성도가 크게 향상돼 활발히 연구돼왔다.

그러나 기존 연구는 나노 수준의 정밀한 구조 제어와 대면적화 공정의 한계로 인해 산업 응용에 어려움이 있었다.

김 교수팀은 이러한 한계를 극복하기 위해 대면적화가 가능한 '공동 스퍼터링(Co-sputtering)' 기술을 도입했다.

이 기술을 통해 이황화 몰리브덴에 니켈(Ni)을 첨가하고 출력과 증착 시간을 정밀하게 제어해 1T 구조의 수율을 높이고 표면 활성 면적도 확장했다.

그 결과 전하 전달 효율과 촉매 활성도를 크게 향상했다.

김 교수팀은 알칼라인 수전해 단일 셀에서 약 89%의 효율(전류밀도 0.4 A/㎠)을 달성해 현재 세계 최고 수준 (82%·독일 Thyssen Krupp사)을 넘어섰다.

반복적인 시동 정지 운전 환경에서도 전극이 안정적인 구조와 성능을 유지한다는 점도 실험을 통해 확인했다.

이번 연구에는 한국에너지공대 김완식 박사후연구원이 제1 저자, 김창희 교수가 교신저자로 참여했다.

연구 결과는 에너지 재료 분야 국제 학술지 Energy & Environment Materials (JCR 상위 7%, IF:14.1)에 게재됐다.

김 교수는 "그린수소 기술의 안정성을 크게 높여 상용화를 앞당길 수 있는 기반이 마련됐다는 점에서 의미가 크다"고 말했다.