바닷물 이용 탄소섬유 수전 해 전극 첫 800시간 연속 운전 성공

1.3배 높은 수소 생성 효율 달성 에너지 연 "1천 시간 장기 운전 통해 상용화"

해수 수전 해 전극 테스트하는 에너지 연 연구원 한국에너지기술연구원은 한지 형 박사 연구팀이 산업 현장과 비슷한 고 전류 환경에서도 안정적인 성능을 낼 수 있는 해수 수전 해 기술을 개발했다고 밝혔다.

물을 전기 분해 해 수소를 생산하는 수전 해 기술은 주로 담수를 사용하지만, 최근 전 세계적인 담수 부족 문제로 인해 바닷물을 활용한 해수 수전 해 기술이 주목 받고 있다. 연구팀은 산 처리 공정을 통해 수소 생산 효율을 높인 탄소섬유 기반 전극을 개발했다. 

 

고농도 질산 용액에 전극을 담가 산 처리를 하는 과정에서 수분 증발로 인해 질산 농도가 변하는 것을 막기 위해 산 처리 전용 용기를 설계, 농도 변화를 막고 탄소섬유 지지 체 표면 처리를 최적화 했다.
 

해수 수전 해 위한 탄소섬유 기반 전극, 산 처리된 탄소섬유 지지 체는 높은 친 수 성 덕분에 코발트, 몰리 브 덴, 루 테 늄 이온이 지지 체 표면에 고르게 분산 되도록 유도하며, 소량의 루 테 늄 만으로도 우수한 전기 화학적 성능을 낼 수 있다.

전체 촉매 무게의 단 1%의 루 테 늄 만 사용해도 기존 촉매 대비 전극에 투입되는 과전압을 25% 낮출 수 있으며, 이를 통해 기존 전극보다 1.3배 높은 수소 생성 효율을 달성했다고 연구팀은 설명했다.

개발한 전극은 500m A/㎠(제곱 센티 미터 당 밀리 암페어)의 고 전류 조건에서 800시간 연속 운전에도 초기 성능을 유지한 것으로 나타났다.

운전 후 촉매의 금속 성분을 분석한 결과, 루 테 늄 과 코발트 등 금속 이온이 전해 액으로 유출되지 않고 촉매 안에 유지돼 높은 내식성과 구조적 안정성을 보였다. 특히 25㎠ 규모의 대면 적 전극 합성에도 성공, 실용화 가능성을 입증했다.

한지 형 박사는 "탄소섬유 지지 체 기반 전극을 적용한 해수 수전 해 중 고 전류 조건에서 한 달 이상 장기 운전에 성공한 세계 최초 사례"라며 "앞으로 1천 시간 이상 장기 운전 평가와 대면 적 셀 연구를 통해 실 증 수준으로 기술을 확장하겠다"고 말했다.