값비싼 이리듐 사용량을 반으로 줄인 고효율 수전해 촉매 개발
- 단위 전지에서 이리듐 촉매를 상용 촉매보다 절반 이하 사용하 고도 5.3배 우수한 활성 보여
□ 지스트(광주과학기술원, 총장 김기선) 융합기술원 에너지융합대학원의 박찬호 교수 연구팀은 재생에너지 연계 수전해에 적용 가능한 고효율 이리듐 산화물 촉매를 만드는 액상 촉매 합성법을 개발하였다. ∘ 연구팀은 이리듐의 산화상태를 조절하여 수전해 양극에서 일어나는 산 소 발생 반응에 대한 촉매 활성과 안정성을 크게 향상시켰다. 상용 촉 매 대비 1.1배 우수한 활성을 보였으며, 안정성 평가 이후에도 5.3배 우수한 활성을 유지하였다. □ 재생에너지 발전과 연계하기 쉬운 고분자 전해질막 수전해 시스템은 귀금속인 이리듐 기반 촉매를 산소 발생 반응용 양극 촉매로 사용하고 있다. ∘ 수전해 기술은 물을 전기분해하여 수소를 얻으므로 이산화탄소를 배출 하지 않아 친환경 그린수소 생산이 가능하지만 촉매로 사용되는 이리 듐은 자원량이 희박한 금속으로 값이 비싸다는 게 단점이다.
∘ 또한 현재의 낮은 수전해 효율은 그린 수소 생산 활성화에 걸림돌이 되고 있으며, 이를 향상시키기 위해 이리듐 합금 개발 및 이리듐의 산 화 상태 조절을 통해 활성과 내구성을 향상시키는 연구가 활발하게 진 행되고 있다. □ 본 연구팀은 새로운 액상 환원 방법을 개발하여 촉매 표면과 중심의 이리듐 산화 상태를 변화시키고 이를 최적화하였다. 연구팀이 개발한 이리듐 산화물 촉매를 수전해 단위전지에 적용했을 때 촉매 사용량을 50% 이하로 사용했음에도 불구하고 기존 상용 촉매에 비해 크게 향상 된 성능을 확인할 수 있었다. ∘ 합성된 촉매는 표면에 Ir(3+)와 Ir(4+)가 존재하며 중심으로 갈수록 Ir(0) 이 존재하는 산화수의 구배(기울기) 구조를 가진다. 이 구조는 산소 발 생 반응의 활성과 안정성을 모두 향상시켰고 합성된 촉매를 수전해 단 위전지에 적용하였을 때, 이리듐 촉매 사용량을 절반 이하로 사용했음 에도 초기 안정성 평가 이후 상용 촉매 대비 5.3배 우수한 활성을 보 였다. □ 박찬호 교수는 “새로운 액상 환원법을 이용하여 이리듐 산화물 촉매 내의 이리듐 산화 상태의 분포 구배를 만들어서 활성과 내구성을 동시 에 향상시킬 수 있었다”면서 “단위전지에서 입증되었듯이 실제 시스 템에 적용하여 향후 수전해 효율 증가뿐 아니라 양극에서의 이리듐 사 용량을 감소시킬 수 있을 것으로 기대한다”고 말했다. □ 지스트 박찬호 교수가 주도하고 석박사 통합과정의 이승우, 백채경, 김 도형 학생이 참여한 이번 연구는 한국에너지기술평가원, 산업통상자원 부와 지스트 연구원(GRI)의 지원으로 수행되었으며, 연구 결과는 에너 지 분야의 국제 저명 학술지인 ‘저널 오브 파워 소스(Journal of Power Sources)’에 3월 9일 온라인으로 게재되었다. <끝>
논문의 주요 내용 1. 논문명, 저자정보 - 저널명 : Journal of Power Sources (Impact Factor : 8.247) - 논문명 : Control of Ir oxidation states to overcome the trade-off between activity and stability for the oxygen evolution reaction - 저자 정보 : 이승우 (제1저자, 지스트 석박사통합과정), 백채경 (공동저자, 지스트 석박통합과정), 김도형 (공동저자, 지스트 석박통합과정), 박찬호(교신저자, 지스트 교수)
가스 신문 http://www.gasnews.com/news/articleView.html?idxno=95080
한국대학신문 https://news.unn.net/news/articleView.html?idxno=506556
Nate 뉴스 https://news.nate.com/view/20210325n16709?mid=n1101
전자신문 https://www.etnews.com/20210325000005?m=1
시사매거진 https://www.sisamagazine.co.kr/news/articleView.html?idxno=351062
동아사이언스 http://dongascience.donga.com/news.php?idx=45108
뉴스워커 http://www.newsworker.co.kr/news/articleView.html?idxno=107325
