유니스트 연구팀, 물 전기분해 고효율 촉매 잇단 개발

김광수 자연과학부 화학과 특훈교수팀
물 전기분해의 산소 발생 새 촉매 개발
지난 7월엔 수소 발생 촉매 새로 개발
“물 분해 방식 수소 생산에 시너지 기대”

유니스트 김광수 특훈교수(앞줄 가운데) 연구팀. 유니스트 제공

화석 연료를 대체할 미래 친환경 에너지로 수소에 대한 관심이 커지고 있다. 수소는 일반적으로 물을 전기로 분해하는 화학반응을 통해 생산하는데, 전기를 적게 쓰도록 반응의 효율을 높이는 게 중요하다.

물의 전기분해 반응에서는 수소와 산소가 동시에 발생하지만, 산소 발생 반응속도가 상대적으로 느려 전체 물 분해 반응의 효율을 낮추는 요인이 된다. 물의 전기분해 과정에서 산소 발생 반응속도를 높이는 값싸고 효율적인 고성능 촉매가 울산과학기술원(유니스트) 연구팀에 의해 개발됐다.

유니스트는 25일 자연과학부 화학과 김광수 특훈교수(국가과학자) 연구팀이 최근 물의 전기분해에 쓰일 새로운 촉매로 ‘철·코발트 인산’(FeCoPO₄) 물질을 개발했다고 밝혔다. 이 촉매는 현재 산소 발생 반응에 상업적으로 쓰이는 산화이리듐(IrO₂)이나 산화루테늄(RuO2) 등 비싼 귀금속 촉매보다 값이 싸면서, 25% 이상 전기가 적게 드는 등 효율이 개선됐다고 유니스트는 설명했다. 또 5000번 이상 반응한 뒤에도 구조적으로 크게 변하지 않고, 70시간 동안 반응을 지속해도 반응성이 떨어지지 않는 등 안정성도 뛰어나다고 했다.

김 교수 연구팀의 이번 연구결과는 에너지 분야 국제학술지 <네이처 커뮤니케이션>에 출판됐다. 연구는 한국연구재단의 지원으로 이뤄졌으며, 이론계산은 한국과학기술정보연구원의 슈퍼컴퓨터를 사용했다.

김 교수 연구팀은 앞서 지난 7월 물의 전기분해 과정에서 수소 발생 반응에 기존의 백금 촉매보다 경제적이고 효율적인 루테늄 기반의 새 촉매를 개발해 화제가 됐다. 이 연구결과는 국제학술지 <어드밴스드 에너지 머티리얼스>에 표지논문으로 출판됐다.

김광수 교수는 “물의 전기분해는 양극에서 수소와 산소 발생 반응이 동시에 각각 이뤄지는데, 지난번 수소 발생 반응의 경제성·효율성을 개선한 새 촉매 개발에 이어 이번에 산소 발생 반응의 경제성·효율성을 개선한 새 촉매를 개발했다. 두 촉매를 함께 사용해 물의 전기분해 반응 효율을 더욱 높임으로써 친환경 에너지 수소의 물 분해 방식 생산에 크게 도움이 될 수 있을 것”이라고 말했다.

신동명 기자 [e-mail]