물로 수소 만드는 장치를 코팅만으로 성능 올렸다

UNIST, 물 전기분해 전극 수화젤 코팅 기술 개발
코팅한 전극 표면, 물 잘 흡수하고 기포 잘 털어내
코팅 안한 장치보다 수소 생산량 150% 늘어나

연구진이 개발한 다공성 수전해 전극에 코팅된 수화젤은 수소 기체를 전극 표면에서 제거하는 역할을 한다. 사진은 '어드밴스드 에너지 머터리얼즈(Advanced Energy Materials)'의 표지논문. UNIST 제공

[파이낸셜뉴스] 울산과학기술원(UNIST) 에너지화학공학과 류정기 교수팀이 물로 수소를 만드는 장치의 성능을 향상시키는 코팅 기술을 개발했다. 이 코팅으로 수전해 장치의 전극 표면에 수소와 산소 기포를 빨리 떨어뜨리고 물을 원활하게 접촉시킬 수 있다.

연구진은 이 코팅을 하지 않은 장치와 비교했을 때 수소 생산량이 150% 증가했다고 설명했다.

류정기 교수는 8일 "수전해 전극에 수화젤을 코팅하는 것만으로도, 귀금속 촉매를 사용하는 것과 같은 분해 반응 활성화 효과를 거뒀다"고 말했다. 또한 "기존에 초음파 등으로 기포를 털어내는 방식보다 간단하고 저렴해 그린 수소 생산 기술 상용화에 도움이 될 것"이라고 전망했다.

물이 전기 분해돼 나온 수소와 산소는 전극 표면에 기포 형태로 달라붙어 있다. 이 기포를 제때 제거하지 않으면 전극에 물이 충분히 접촉되지 않아 과부하가 걸리고 수소 생산이 더뎌진다.

연구진은 이 문제를 해결하기 위해 수화젤에 주목했다. 수화젤은 물을 잘 빨아들여 기저귀, 소프트 렌즈 재료 등으로 쓰이는 물질이다.

수화젤 코팅 전극은 수소 방울(오른쪽)이 전극에 잘 달라붙지 않고, 약 154도의 각도를 갖게 된다. 공기의 접촉각이 클수록 공기방물이 더 잘 떨어진다. UNIST 제공

연구진은 기체보다 물을 훨씬 더 좋아하는 성질의 수화젤을 수전해 장치의 전극 표면에 코팅했다. 그 결과, 전극에 수화젤을 코팅하지 않은 경우보다 수소 생산능력이 150% 향상됐다. 또한 상용 촉매 중 가장 뛰어난 성능을 지닌 것으로 알려진 루테늄에 버금가는 수소 생산 효율을 보였다.

연구진은 "이 테스트 결과는 물을 분해하는 데 소모되는 전력량을 줄였단 의미"라고 설명했다. 또한 "이 방식은 기존에 사용해온 전극의 표면 나노 구조를 변형하거나 초음파 같은 외력으로 기포를 털어내는 방식보다 간단하고 저렴해 상용화에 유리하다"고 말했다.

한편, UNIST 에너지화학공학과 배미솔 석사가 제1저자로 참여한 이번 연구결과는 전기화학 분야의 국제 권위지인 '어드밴스드 에너지 머터리얼즈(Advanced Energy Materials)'의 표지논문으로 선정돼 8월 5일자로 출판됐다.

[e-mail] 김만기 기자