인더뉴스 제해영 기자ㅣ부산대학교가 차세대 그린 수소 생산의 가격 장벽을 낮출 기술을 선보였다고 14일 밝혔습니다. 나노에너지공학과 박유세 교수 연구팀은 값싼 비귀금속을 활용해 산소가 빠르게 확산하는 고성능 산소 발생 전극을 구현해 음이온 교환막 수전해의 비용을 크게 낮췄습니다.
연구팀은 특히 AEM 수전해 스택에 바로 적용 가능한 전극 구조를 제시했습니다. 이에 따라 경제성과 효율성을 동시에 달성했으며, 상용화 가능성도 높였다는 설명입니다.
AEM 수전해는 고가의 백금과 이리듐 같은 귀금속 대신 철과 니켈 등 비귀금속을 전극 소재로 쓸 수 있는 방식입니다. 그러나 그동안 산소 발생 전극 성능과 복잡한 제조 공정이 걸림돌로 지적돼 왔습니다.
연구팀은 기체 확산이 용이한 다공성 전극 기판 위에 전기화학 공정과 표면 치환 반응을 적용했습니다. 이를 통해 코발트·몰리브덴 기반 층상 이중 수산화물(CoMo‑LDH) 촉매층을 정밀 코팅한 산소 기체 확산 전극을 개발했습니다.
이번 전극은 산소 기체의 원활한 이동을 유도해 고전류밀도 조건에서도 물질 전달로 인한 전압 손실을 크게 줄였습니다. 그 결과 AEM 수전해에서 고효율 운전이 가능해졌습니다. 또한 알칼리성 환경에서 몰리브덴이 동적으로 변화하며 코발트 옥시수산화물로의 전이를 촉진하는 메커니즘을 규명했습니다.
이는 낮은 전류밀도 구간에서도 과전압을 줄여 전체 효율을 높이는 핵심 요인으로 확인됐습니다. 연구팀은 상용 귀금속 촉매인 이산화이리듐을 쓴 AEM 셀보다 더 높은 성능을 달성했다고 설명했습니다. 이는 재료비 부담을 낮추면서도 에너지 효율을 확보했다는 점에서 의미가 큽니다.
박유세 교수는 “산소 기체 확산 전극 개발로 AEM 수전해 효율이 크게 개선됐다”며 “앞으로 실증 기반 후속 연구를 추진해 상용화를 앞당기겠다”고 말했습니다.
이번 연구는 과학기술정보통신부의 나노 및 소재기술개발사업과 H2GATHER 사업 지원으로 수행됐습니다. 부산대 박유세 교수와 함께 국립창원대 이승화 교수, 국립한밭대 신기현 교수, 한국재료연구원 이주영 박사가 공동 교신저자로 참여했습니다.
해당 성과는 다학제 분야 국제학술지 ‘어드밴스드 사이언스(Advanced Science)’ 온라인판에 8월 4일 게재됐습니다. 논문 제목은 ‘Sacrificial Template‑Derived CoMo‑LDH Gas Diffusion Electrode for Anion Exchange Membrane Water Electrolysis’입니다.
