미래 그린수소 생산의 핵심 기술로 떠오른 음이온 교환막 방식 수전해 장치의 단가를 획기적으로 낮출 수 있는 핵심 소재 기술을 전북대학교 나노융합공학과 이중희 교수, 김남훈 교수, 트란듀이탄 교수와 박석주 석사과정생(대학원 나노융합공학과)이 개발, 학계의 주목을 받고 있다.

이중희 교수팀에 따르면 고가의 촉매 문제를 해결하기 위해 우수한 내부식성과 내산화성을 갖는 박리된 2차원 삼원계 전이금속 붕화물 소재인 엠벤(MBene) 결정구조 내에 극소량인 0.9% 백금 단원자 촉매를 흡착 및 도핑공정을 통해 복합화한 저비용의 고효율 촉매를 세계 최초로 개발했다.

이번 연구 결과는 에너지소재 분야의 세계 최고 학술지인 '에너지 앤 인바이러먼트 사이언스(Energy & Environment Science' 최신호에 게재됐다.

이번에 개발된 나노 이종소재 촉매는 현재 산업체에서 널리 사용되고 있는 백금/탄소(Pt/C)촉매와 비교하면 제조비용을 약 20배 감소시킬 수 있어 수전해 장치 제조에 비용절감 효과를 가져와 그린 수소산업의 발전을 가속시킬 수 있는 돌파구가 될 것으로 기대된다. 

특히 이번에 개발된 촉매는 현재 산업사용되고 있는 백금 촉매(Pt/C)보다 우수한 수전해 효율을 보였다.

이를 적용한 음이온 교환막(AEM) 방식의 수전해 장치는 60℃의1몰 수산화 칼륨 용액상에서 0.5A/㎠와 1A/㎠의 전류밀도를 올리는데 1.85 V와 2 V의 낮은 전지전압을 필요로 했으며, 이는 현재 상용화 된 세계 최고수준의 음이온 교환막 수전해 장치보다 보다 우수한 수전해 장치 성능을 보여준 것. 

또한 제작된 음이온 교환막 수전해 장치는 280시간의 장시간 구동 후에도 전혀 성능 저하가 일어나지 않는 매우 우수한 내구성을 보여, 높은 성능과 내구성을 요구하는 음이온 교환막 수전해 장치 개발을 위한 새로운 초고효율 수전해 촉매로 연관 산업계와 학계에 큰 관심을 받고 있다.  

한편 이번에 개발된 촉매기술은 이 교수팀의 핵심 연구원들이 창업한 벤처 기업인 (주)아헤스(AHES)에서 실제 수전해 장치에 적용하기 위한 실용화 연구를 지속적으로 수행해 저가의 그린수소의 대량 생산과정에 적용할 예정이다. 

이중희 교수는 “이번 연구를 통해 개발된 촉매는 저비용 고효율로 그린수소를 생산할 수 있어 이를 활용하면 실제 수전해 장치 실용화측면에서 직면한 문제를 해결할 수 있는 혁신적인 방안을 제시한 것으로, 미래 수소경제 사회를 앞당기는데 크게 기여할 것” 이라고 밝혔다. 

/장은성 기자