그린 수소 생산비 줄이는 이리듐 촉매 합성법 개발

광구과학기술원 박찬호 교수팀, 이리듐 투입량 절반 줄이고 효율은 높여

신규 이리듐/이리듐산화물 촉매 합성 모식도 및 TEM 이미지. 그림제공=광주과학기술원

[아시아경제 김봉수 기자] 물을 전기 분해해 수소를 생산할 때 여러가지 난제 중 하나는 촉매로 사용되는 희귀 금속인 이리듐의 가격이 너무 비싸 경제성이 떨어지다는 점이다. 이리듐은 보통 백금에 포함돼 있는데 워낙 희소해 1그램당 17만원 가량으로 금보다 3배 가까이 비싸다. 이에 국내 연구진이 수소 생산 과정에서 들어가는 이리듐의 투입량을 대폭 줄이되 효율은 높이는 기술을 개발해 관심을 끌고 있다.

광주과학기술원(GIST)는 융합기술원 에너지융합대학원의 박찬호 교수 연구팀이 재생에너지 연계 수전해에 적용 가능한 고효율 이리듐 산화물 촉매를 만드는 액상 촉매 합성법을 개발했다고 25일 밝혔다.

연구팀은 이리듐의 산화상태를 조절하여 수전해 양극에서 일어나는 산소 발생 반응에 대한 촉매 활성과 안정성을 크게 향상시켰다. 상용 촉매 대비 1.1배 우수한 활성을 보였으며, 안정성 평가 이후에도 5.3배 우수한 활성을 유지했다.

수전해 기술은 물을 전기분해해 수소를 얻으므로 이산화탄소를 배출하지 않아 친환경 그린 수소 생산이 가능하지만 촉매로 사용되는 이리듐은 자원량이 희박한 금속으로 값이 비싸다는 게 단점이다. 현재로선 효율도 낮아 그린 수소 생산 활성화에 걸림돌이 되고 있다.

연구팀은 새로운 액상 환원 방법을 개발해 촉매 표면과 중심의 이리듐 산화 상태를 변화시키고 이를 최적화했다. 연구팀이 개발한 이리듐 산화물 촉매를 수전해 단위 전지에 적용했을 때 촉매 사용량을 50% 이하로 사용했음에도 불구하고 기존 상용 촉매에 비해 크게 향상된 성능을 확인할 수 있었다.

박찬호 교수는 “새로운 액상 환원법을 이용해 이리듐 산화물 촉매 내의 이리듐 산화 상태의 분포 구배를 만들어서 활성과 내구성을 동시에 향상시킬 수 있었다” 면서 “단위전지에서 입증됐듯이 실제 시스템에 적용해 향후 수전해 효율 증가뿐 아니라 양극에서의 이리듐 사용량을 감소시킬 수 있을 것으로 기대한다”고 말했습니다.

이번 연구 결과는 에너지 분야의 국제 저명 학술지인 ‘저널 오브 파워 소스(Journal of Power Sources)’의 온라인판에 지난 9일 게재됐다.

김봉수 기자 bskim@asiae.co.kr