대학원 소식

에너지와 연료 고갈 문제 해결 잠재력 가진 수소 에너지

수소 발생 위한 음이온 교환막 시스템 사용화 앞당기는 촉매전극

▲김지영 화학·화학공학 융합학과 석박사통합과정생, 유정은 이차전지사업단 박사, 이기영 화학공학과 교수

이기영 화학공학과 교수 연구팀이 수소 발생을 위한 음이온 교환막 시스템의 상용화를 앞당길 수 있는 촉매전극을 개발했다.

음이온 교환막 시스템의 성능과 내구성은 양극에서 발생하는 4전자 반응으로 인한 느린 동역학으로 촉매 활성에 크게 의존한다. 대부분 현재 시스템은 고가의 귀금속을 기반으로 한 촉매를 사용하기 때문에 최근 비귀금속 기반 촉매 개발이 활발하게 이뤄지고 있다.

특히 수소 에너지는 에너지 밀도가 높은 청정에너지원으로 에너지와 연료 고갈의 문제를 해결할 수 있는 큰 잠재력을 가지고 있다.

연구팀은 양극에서의 느린 촉매 반응을 향상시키기 위해 비귀금속 기반의 철이 도핑된 니켈 옥살레이트 기반 전극촉매 합성에 성공했다.

이번에 개발된 촉매전극은 미량의 전구체를 사용해 가격경쟁력을 확보하고, 높은 촉매 활성·내구성을 보여줬다. 또한 기존 철·니켈 옥살레이트 기반의 촉매에 비해 우수한 성능과 내구성을 나타냈다. 이는 철이 도핑된 니켈 옥살레이트의 전기화학적 활성화 과정을 통해 니켈 옥시하이드록사이드로 재구조화·상변화할 수 있다는 사실이 밝혀졌다.

이같은 연구 내용이 담긴 ‘철 도핑된 니켈 옥시하이드록사이드의 촉매 활성화가 산소 발생 반응 성능 향상에 미치는 영향’(Unveiling the Role of Electrocatalysts Activation for Iron-Doped Ni Oxyhydroxide in Enhancing the Catalytic Performance of Oxygen Evolution Reaction) 제목의 논문은 국제 저명 학술지인 Energy & Environmental Materials(IF: 13, 상위 7.9%) 온라인 판에 최근 게재됐다.

이번 연구에는 이기영 화학공학과 교수와 유정은 이차전지 사업단 박사가 공동교신저자로, 김지영 화학·화학공학 융합학과 석박사통합과정생이 제1저자로 참여했다.

한편, 이번 연구 성과는 순수 기반 차세대 고성능 고내구성 AEM 수전해 핵심 기술 개발, 기능성 유무기 복합소재 실용화 전문인력 양성사업, 지속가능한 에너지 부품소재 핵심연구지원센터 조성 지원 사업의 지원을 받아 수행됐다.