- 고분자전해질막 수전해 활용…신재생에너지 생산단가 절감 기대
광주과학기술원(GIST)은 박찬호 에너지융합대학원 교수팀이 장승순 미국 조지아공대 교수팀과 공동으로 이리듐 사용량을 절감하면서도 활성도는 1.5배 높인 이리듐 촉매를 개발했다고 6일 밝혔다.
이리듐은 고온·고압과 부식에 강하고 화학 반응이 잘 일어나 수전해에 적합하다. 재생에너지를 이용해 수소를 생산하는 데 널리 적용하는 고분자전해질막 수전해 촉매로 이용되고 있다. 하지만 매장량이 백금의 10분의 1 수준에 불과할 정도로 희귀하고, 가격이 비싼 귀금속으로 신재생에너지 생산에 오히려 걸림돌이 되고 있다.
이러한 이리듐 사용량을 절감하기 위해 합금 촉매를 개발하거나 금속산화물을 적용하는 시도가 여러 차례 있었지만 금속이 용출되거나 전기 전도도가 낮아지는 등의 문제가 발생했다.
공동 연구팀은 탄탈륨산화물에 소량의 이리듐을 고르게 덮어 제작한 새로운 촉매로 이리듐 사용량을 줄이고도 성능을 대폭 향상시켰다. 탄탈륨산화물은 내부에 중간 크기의 기공이 발달된 구조를 지니며 단위 무게당 표면적이 넓어 촉매입자를 고정하는 성능이 뛰어난 금속산화물이다.
새로운 촉매는 티타늄산화물을 적용한 이리듐 촉매에 비해 전기전도도가 높았을 뿐만 아니라 기존 단위전지에서 보통 1~2㎎/㎠ 사용하던 이리듐이 0.3㎎/㎠까지 절감됐다. 기존 이리듐 사용량의 15~30% 수준이다.
특히 기존 이리듐 촉매보다 질량활성 기준 1.5배 향상된 활성도를 보여 고분자전해질막 수전해에서 유용하게 활용할 수 있을 것으로 기대하고 있다.
연구팀은 이리듐과 탄탈륨 사이의 전기적 상호작용을 분석해 촉매의 활성도가 향상된 요인을 규명하는데도 성공했다.
박찬호 교수는 “새로운 금속산화물을 이용해 이리듐을 절감하면서도 성능까지 높인 촉매 개발에 성공했을 뿐만 아니라 실제 단위전지에 적용하는 것까지 성공했다”며 “수소와 같은 신재생에너지를 안정적으로 생산하는 데 기여할 것으로 예상한다”고 말했다.
박 교수와 장승순 교수가 주도하고 GIST를 졸업한 채경 한국과학기술연구원 박사와 조진원 조지아공대 박사과정생이 참여한 이번 연구는 한국연구재단 중견연구자지원사업 지원을 받아 이뤄졌다. 연구성과는 전기화학 분야 국제학술지 '저널 오브 파워소스' 온라인에 게재됐다.
광주=김한식 기자 hskim@etnews.com
