[이광렬 교수] 고려대학교, 성균관대‧KIST공동팀과 효율과 안전성을 높인 음이온 교환막 수전해 촉매 소재 개발

(왼쪽부터) 홍용주 박사 (제1저자, 고려대학교), 정상연 (제1저자, 고려대학교), 유성종 박사 (교신저자, 한국과학기술연구원, KIST), 이상욱 교수 (교신저자, 성균관대학교), 이광렬 교수 (교신저자, 고려대학교) [사진출처=고려대학교]

[한국강사신문 한상형 기자] 고려대-성균관대-KIST 공동 연구진이 그린 수소 생산 비용을 대폭 절감하는 소재를 개발했다. 해당 연구는 중요성을 인정받아 지난 2일 재료과학 분야의 세계적 학술지 ‘Advanced Energy Materials’ (Impact Factor: 24.4, JCR 상위 분야 3%)에 게재됐으며 후면 속 표지 논문(inside back cover)으로 선정됐다.

고려대학교 화학과 이광렬 교수 연구팀, 성균관대학교 이상욱 교수 연구팀, 한국과학기술연구원(KIST) 유성종 박사 연구팀은 루테늄 인화물(Ru₂P)과 이리듐 인화물(Ir₂P)로 구성된 2D/0D 이종 구조 촉매를 개발하여, 효율적인 수소 생산을 위한 혁신적인 해결책을 만들었다.

음이온 교환막 수전해 (AEM) 기술은 알카라인 수전해 (AEC)와 고분자 전해질막 수전해 (PEM)의 우수한 특성을 결합한 혁신적인 차세대 수전해 기술이다. 그러나 이 방식은 고성능을 위해 귀금속인 백금을 촉매로 사용하여 가격 경쟁력이 떨어져 새로운 소재 개발이 필요한 상황이다.

연구팀은 ‘음/양이온교환’이라는 새로운 방식으로 나노입자를 제어하여 이리듐, 루테늄, 인으로 구성된 이성분계 물질(Ru2P/Ir2P)을 2D/0D 복합 구조의 나노튜브 형태로 구현하는 데 성공했다. 이 복합 구조는 높은 표면적과 함께, 루테늄 인화물(Ru₂P)과 이리듐 인화물(Ir₂P) 간의 시너지 효과를 통해 기존 촉매보다 수소 생산이 크게 향상되어, 더 효율적인 수소 생산이 가능하다.

 

수전해 촉매의 성능평가 결과에 따르면, 개발한 루테늄 인화물(Ru₂P)과 이리듐 인화물(Ir₂P) 기반의 이중벽 나노튜브 수전해 촉매는 수전해 작동 전압인 2V 영역에서 12.23 A/cm-2의 전류밀도를 나타냈다. 이는 상용 촉매인 백금 촉매의 전류밀도 10.90 A/cm-2 보다 우수하며, 약 250시간 이상의 장기 내구성을 보였다.

이광렬 교수는 “음/양이온 교환'이라는 독창적인 접근을 통해 새로운 이종 구조 촉매를 개발한 중요한 성과”라고 밝히며, “이를 통해 수소 생산 효율을 높일 수 있는 고성능 촉매 개발에 기여했으며, 향후 그린 수소 기술의 상용화에 한 걸음 더 다가갈 것으로 기대된다”고 밝혔다.

출처 : 한국강사신문(https://www.lecturernews.com)