비싼 상용 촉매보다 성능 25% 높아
[에너지단열경제]안조영 기자
물을 수소로 분해할 때 전기를 적게 쓰면서 효율을 높이는 촉매가 개발됐다.
울산과학기술원(UNIST) 화학과, 화학공학과, 한국과학기술연구원(KIST) 공동연구팀은 철-코발트-인산(FeCoPO₄)을 결합시킨 촉매로 물을 분해해 수소에너지를 손쉽게 얻을 수 있는 기술을 개발했다고 25일 밝혔다.
이번에 개발한 촉매는 기존에 사용되고 있는 촉매보다 25%나 효율이 높은 것으로 알려졌다.
이번 연구결과는 기초과학 및 공학분야 국제학술지 ‘네이처 커뮤니케이션즈’에 실렸다.
이번 기술이 현장에 정착되면 수소자동차 보급에도 큰 역할을 할 것으로 예상된다.
물을 전기로 분해하면 수소와 산소가 발생한다.
이때 산소의 발생 속도를 높이는 데 산화이리듐(IrO₂)과 산화루테늄(RuO2)이 촉매로 쓰인다.
그러나 성능에 비해 안정성이 낮고 가격이 비싸다는 것이 단점으로 지적됐다.
연구팀의 촉매는 산화 그래핀 지지대 위에 가격이 비교적 저렴한 철(Fe), 코발트(Co), 인산(P)을 이용해 산소 발생촉진용 촉매를 만들었다.
연구팀은 최적의 촉매 분자구조를 만들기 위해 슈퍼컴퓨터를 이용해 이론적으로 계산한 뒤 실험적으로 합성해 냈다.
철·코발트-인산 촉매에서 산소 발생 반응은 철과 코발트 원자 위에서 일어난다.
이 원자 주위의 전자 분포와 화학결합이 반응 효율을 결정한다.
연구팀의 실험 결과, 철·코발트 인산 촉매의 효율은 상업용으로 쓰이는 산화이리듐 촉매보다 25% 이상 높은 것으로 나타났다.
새롭게 합성된 물질은 안정성도 뛰어났다.
5000번 이상 사용한 뒤에도 촉매 분자 구조가 변하지 않았고 반응성도 떨어지지 않는 것이 관찰됐다.
촉매를 구성하는 산화 그래핀 지지체가 철·코발트와 인산의 낮은 전기 전도도를 보완했다.
김광수 UNIST 화학과 교수는 "기존의 값비싼 상용 촉매보다 산소 발생 반응성이 훨씬 개선되면서 수백 배 저렴한 촉매"라며 "앞으로 연료전지 등 여러 친환경 에너지 물질의 촉매를 개발하는 데도 유용할 것"이라고 설명했다.
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