한국재료연구원은 바닷물을 전기분해해 고순도의 수소를 생산하는 기술을 국내 최초로 개발했다.

재료연구원 에너지전자재료연구실 최승목 박사 연구팀은 바닷물 수전해의 핵심인 '고선택적 산소발생반응 제어기술'과 '염소발생반응 억제기술'을 개발해 고순도의 수소를 생산하는 데 성공했다.

그린수소 생산에 적합한 수전해 기술 중 '음이온 교환막 수전해'는 저렴한 비귀금속 촉매를 이용해 고순도의 수소를 만들지만 정제수(초순수)를 반드시 사용해야 하는 문제가 있다.

이에 연구팀은 니켈(Ni)이 도핑된 고선택성 2차원 나노시트 형상의 수산화철(FeOOH) 촉매를 전극 표면에 바로 형성해 촉매 일체형 전극을 개발했다. 이를 통해 산소발생반응 과전압과 물질전달저항을 줄이고, 높은 수소 발생 효율을 확보했다.

연구팀은 바닷물을 수전해할 때 값비싼 귀금속을 촉매물질로 사용하는 문제도 보완했다. 염화이온이 산화해 염소가 발생하는 '염소발생반응'과 물이 산화돼 산소가 발생하는 '산소 발생반응'이 생기는데, 염소발생반응으로 전극 표면이 산성 분위기가 되기 때문에 이때 귀금속(백금(Pt), 이리듐(Ir), 팔라듐(Pd) 등) 소재를 반드시 전극 촉매 물질로 사용해야만 한다. 연구팀은 바닷물의 pH(용액의 수소 이온 농도 지수)를 제어해 염소발생반응이 발생하는 전위를 1.36V(vs.RHE)에서 1.72V(vs.RHE)로 높여 반응을 억제하고, 고활성 촉매를 적용해 비귀금속 촉매 소재를 사용할 수 있도록 했다.

최승목 책임연구원은 "이번 개발한 기술로 바닷물로 고순도의 수소를 저렴하게 생산할 길이 열렸다"며 "특히, 해상풍력과 연계해 그린수소를 생산한다면 해상에서 수소를 수소선박에 바로 충전할 수 있는 새로운 비즈니스 모델을 창출할 수 있을 것"이라고 말했다.

이번 연구성과는 영국왕립화학회(RSC)의 <저널 오브 머티리얼즈 케미스트리 에이>(Journal of Ma료erials Chemistry A) 3일 자 표지논문으로 실렸다.