포스텍(POSTECH·총장 김무환)은 김용태 신소재공학과 교수, 석사과정 김윤아, 정상문 박사팀이 알칼리 수전해 셀에 전력 공급이 중단될 경우 생기는 역전류로부터 환원극이 열화되는 메커니즘을 규명하고 이를 방지할 수 있는 새로운 방법을 찾아냈다고 30일 밝혔다.
수전해조는 물을 전기로 분해해 수소를 얻는 기술이다. 알칼리 수전해와 고분자 전해질막 수전해로 나뉜다. 그중 알칼리 수전해 기술은 대규모 공장에서 활용할 수 있어 장점이 많다.
지난 2020년에는 전 세계에서 가동되는 장치 중 알칼리 수전해 기술이 60% 이상을 차지하는 것으로 조사되기도 했다.
문제는 이 장치에 전원공급이 중단될 경우 장치 내에서 역전류가 발생하면서 구성품이 열화된다는 점이다. 지금까지 이 열화현상에 대한 메커니즘이나 해결책이 알려진 바는 없었다.
김 교수팀은 신재생에너지의 부하변동에 의해 알칼리 수전해조에 전원이 차단되어 역전류가 발생할 때 니켈(Ni) 환원극(음극) 촉매가 산화되면서 성능이 열화된다는 메커니즘을 밝혀냈다. 또 금속의 반응성 차이를 이용, 금속의 부식을 막는 음극방식법(Cathodic Protection)으로 해결책도 함께 제시했다.
음극방식법은 이미 오래전부터 다양한 분야에서 활용되고 있는 기술이다. 연구팀은 니켈 음극 촉매에 니켈보다 훨씬 산화가 잘되는 납(Pb), 아연(Zn), 주석(Sn), 알루미늄(Al)을 활용했다. 그 결과 촉매가 역전류조건에서도 계속해 우수한 촉매 활성 상태를 유지하고 있는 것을 확인했다.
한국연구재단 수소에너지혁신기술개발사업과 미래소재디스커버리사업 지원을 받아 수행된 연구성과는 미국화학회가 발간하는 국제학술지 'JACS Au'를 통해 발표됐다. 우수성을 인정받아 'JACS Au'의 표지 이미지로 선정됐다.
포항=정재훈기자 jhoon@etnews.com
