획기적인 발견으로 비용 효율적이고 친환경적인 녹색 수소 생산 가능

보다 비용 효율적이고 환경친화적인 방법으로 그린수소를 생산할 수 있는 획기적인 기술이 개발되어 고가의 귀금속 촉매를 대체함으로써 탄소중립 사회에 한 발 더 가까워졌습니다.

UNIST 에너지 및 화학공학부 류정기 교수와 KAIST 신소재공학부 ​​서동화 교수 공동연구팀이 고효율·고효율 전기분해 이기능성 촉매 개발에 성공했다. 고순도 녹색수소를 안정적으로 생산합니다.

새로 개발된 촉매는 부식성이 강한 산성 환경에서도 탁월한 내구성을 발휘합니다. 루테늄, 실리콘, 텅스텐(RuSiW)을 활용한 이 촉매는 기존 백금(Pt) 또는 이리듐(Ir) 촉매에 비해 비용 효율적입니다. 또한, 온실가스 배출량이 현저히 적어 친환경적인 대안입니다.

물 전기분해는 물을 전기분해하는 과정을 통해 수소를 생산하는 첨단 기술이다. 탄소 배출 없이 친환경적인 수소 생산이 가능해 탄소중립 사회를 구현하는 핵심 기술로 꼽힌다.

연구팀은 산성 조건에서 안정성을 나타내는 백금, 이리듐 등 귀금속 촉매의 대체 물질을 찾는 데 주력했다. 루테늄은 백금, 이리듐에 비해 상대적으로 생산단가가 낮고, 온실가스 배출량도 현저히 낮아 친환경 금속으로 주목받고 있다. 하지만 백금에 비해 촉매 활성이 낮고 이리듐에 비해 안정성이 낮아 상용화에 어려움을 겪었다.

연구팀은 이러한 한계를 극복하기 위해 루테늄, 실리콘, 텅스텐을 기반으로 한 촉매를 개발했다. 연구팀은 수소 발생 반응(HER)과 산소 발생 반응(OER) 모두에서 안정성이 낮은 루테늄 촉매의 기능을 강화해 이관능성 촉매로서의 가능성을 입증했다.

개발된 촉매는 루테늄 원자 주위에 텅스텐과 실리콘이 도핑된 구조를 갖고 있다. 촉매 표면의 양성자 흡착 강도를 높여 촉매의 반응 가속 능력을 높였다. 시중에서 판매되는 백금 촉매에 비해 수소 발생 반응에서 더 높은 활성을 나타냅니다. 또한 5~10nm 두께의 얇은 텅스텐막이 루테늄의 촉매 부위를 보호해 안정성을 높인다.

연구팀은 촉매에 대한 안정성 실험을 진행했다. 산성 전해질(산도 0.3)을 사용하여 그들은 1Ω에 10mA의 전류를 주입했습니다. 전극. 개발된 촉매는 100시간 이상 작동 후에도 안정적인 성능을 보였다.

류 교수는 “이번 3원소 촉매 개발은 고가의 백금과 이리듐을 동시에 대체할 수 있다는 점에서 의의가 있다”며 “PEM 전해조 등 고순도 녹색수소 생산 시스템에 적용이 기대된다”고 말했다. 부식성이 강한 산성 조건에서도 쉽고 안정적으로 합성될 수 있습니다.”

이번 연구에는 진다솜(UNIST 에너지 및 화학공학부) 박사, 김동연(KAIST 신소재공학과) 박사, 김형우(UNIST 에너지 및 화학공학부) 박사가 공동으로 참여했다. )가 첫 번째 저자로 참여했습니다.

이번 연구는 과학기술정보통신부 한국연구재단, 지역혁신선도연구센터(RLRC) 사업, 국가슈퍼컴퓨팅센터(KISTI)의 지원을 받았다.

출처: https://www.sciencedaily.com/releases/2024/01/240122144339.htm