왼쪽부터 트란판칸린 박사과정, 트란듀이탄 교수, 김남훈 교수, 이중희 교수.

 

[대학저널 온종림 기자] 기후변화 대응을 위해실가스를 전혀 배출하지 않고 수소를 생산하는 ‘그린수소 생산 기술’이 수소경제 사회로 전환하기 위한 핵심 기술로 큰 주목을 받고 있다.

이러한 그린수소를 저비용으로 대량 생산할 수 있는 획기적인 비귀금속 기반 초고효율 수전해 촉매를 전북대학교 대학원 나노융합공학과 이중희·김남훈·트란듀이탄 교수팀이 개발해 주목받고 있다.

이 교수팀은 고가의 촉매 문제점을 해결하기 위해 금속프탈로시아닌 분자, 이황화몰리브덴과 나노판상의 맥신(MXene)의 우수한 전기화학적 장점을 활용하고, 열수공정을 통해 3차원 계층형으로 구성된, 즉 이황화몰리브덴이 코팅된 맥신 이종구조체 표면에 철프탈로시아닌과 산화바나듐프탈로시아닌이 이중으로 결합된 나노복합체 촉매를 성공적으로 합성했다.

간단한 단일 열수공정을 통해 합성된 촉매는 현재 산업체에서 널리 사용되고 있는 상용 귀금속 촉매인 백금/탄소(Pt/C)나 산화루테늄(RuO2)과 비교하면 약 10배정도 낮은 가격으로 촉매 생산이 가능해져 수전해 장치제조에 큰 비용절감 효과를 가져올 것으로 기대된다.

개발된 촉매는 태양광 알칼라인 수전해 장치에 적용한 실험을 통해 75℃, 7몰의 수산화칼륨(KOH) 용액에서 작동하는 수전해 장치에서 인가 전류가 10 mA/cm2에서 1.45 V라는 아주 낮은 전지전압으로 매우 고효율 성능임을 확인했다.

또한 약 20%의 매우 높은 태양광-수소 변환효율(Solar-to-hydrogen conversion efficiency)을 보여 지금까지 보고된 결과 중 세계 최고 수준의 우수한 성능을 보였다.

이중희 교수는 “이번 성과는 차세대 알칼라인 수전해 장치에 사용될 수 있는 저가의 고성능 수전해 전극제조에 혁신적인 방안을 제시할 수 있을 것으로 기대된다”며 “전 세계가 주목하는 그린수소 산업 관련 기술을 우리나라가 선도하고, 원천기술 확보를 통해 미래 수소 경제 사회를 앞당기는 데 크게 기여할 것”이라고 밝혔다.

이번 연구 결과는 에너지소재 분야 세계 최고 학술지인 ‘어드벤스드 에너지 머터리얼(Advanced Energy Materials’(IF: 29.698)의 최신호에 게재됐으며, 알칼라인 수전해용 촉매 연구 분야에서 우수성과 중요성을 인정받아 표지논문에 선정됐다.

 

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