한국에너지기술연구원은 한지형 박사 연구팀이 산업 현장과 비슷한 고전류 환경에서도 안정적인 성능을 낼 수 있는 해수 수전해 기술을 개발했다고 7일 밝혔다.

물을 전기분해 해 수소를 생산하는 수전해 기술은 주로 담수를 사용하지만, 최근 전 세계적인 담수 부족 문제로 인해 바닷물을 활용한 해수 수전해 기술이 주목받고 있다.

연구팀은 산 처리 공정을 통해 수소 생산 효율을 높인 탄소섬유 기반 전극을 개발했다.

고농도 질산 용액에 전극을 담가 산 처리를 하는 과정에서 수분 증발로 인해 질산 농도가 변하는 것을 막기 위해 산 처리 전용 용기를 설계, 농도 변화를 막고 탄소섬유 지지체 표면 처리를 최적화했다.

산 처리된 탄소섬유 지지체는 높은 친수성 덕분에 코발트, 몰리브덴, 루테늄 이온이 지지체 표면에 고르게 분산되도록 유도하며, 소량의 루테늄만으로도 우수한 전기화학적 성능을 낼 수 있다.

전체 촉매 무게의 단 1%의 루테늄만 사용해도 기존 촉매 대비 전극에 투입되는 과전압을 25% 낮출 수 있으며, 이를 통해 기존 전극보다 1.3배 높은 수소 생성 효율을 달성했다고 연구팀은 설명했다.

개발한 전극은 500mA/㎠(제곱센티미터당 밀리암페어)의 고전류 조건에서 800시간 연속 운전에도 초기 성능을 유지한 것으로 나타났다.

운전 후 촉매의 금속 성분을 분석한 결과, 루테늄과 코발트 등 금속 이온이 전해액으로 유출되지 않고 촉매 안에 유지돼 높은 내식성과 구조적 안정성을 보였다.

특히 25㎠ 규모의 대면적 전극 합성에도 성공, 실용화 가능성을 입증했다.

한지형 박사는 "탄소섬유 지지체 기반 전극을 적용한 해수 수전해 중 고전류 조건에서 한 달 이상 장기 운전에 성공한 세계 최초 사례"라며 "앞으로 1천시간 이상 장기 운전 평가와 대면적 셀 연구를 통해 실증 수준으로 기술을 확장하겠다"고 말했다.