[요약]
- KIST는 열화 현상의 원인물질을 제거함으로써 안정성을 높인 고온 수전해용 나노소재 촉매를 개발하는 데에 성공
- 신개발 나노촉매는 고온 수전해 전지에 활용되어 전기 소모를 줄이고 수소 생산량을 증대
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한국과학기술연구원은 600도 이상의 고온에서도 모양 및 크기 등을 유지할 수 있는 나노촉매를 개발했으며, 해당 촉매는 그린수소 가격 경쟁력 확보에 이바지할 것으로 기대
- 한국과학기술연구원(이하 KIST) 에너지소재연구센터는 고온에서도 장시간 높은 전류 밀도 유지가 가능한 고온 수전해용 나노촉매를 개발
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- 이번에 개발된 나노촉매는 600도 이상의 온도에서 1A/cm2(제곱센티미터당 암페어) 이상의 전류 밀도를 오랜 시간 동안 지속할 수 있는 것이 특징
- KIST 연구팀의 연구 추진 배경에는 고온 방식의 수전해가 갖는 효율성에도 불구, 해당 온도에서의 나노촉매 성능이 빠르게 저하되는 문제점을 극복하고자 한 데에 있음
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- 수전해는 ▲100도 이하의 저온 수전해 ▲600도 이상의 고온 수전해 등으로 구분되며 각각 장점이 뚜렷
- 저온 수전해 방식은 장치 안정성 및 소재 개발 측면에서 유리하며, 고온 수전해 방식은 물 분해에 필요한 에너지 요구량이 적어 생산비용을 절감할 수 있다는 점에서 미래기술로 일컬어짐
- 수전해는 ▲100도 이하의 저온 수전해 ▲600도 이상의 고온 수전해 등으로 구분되며 각각 장점이 뚜렷
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- 다만 수전해 성능을 높이는 데에 활용되는 나노소재 촉매는 고온에서 성능이 나빠지는 열화현상이 급속히 일어나 상용화가 어렵다는 점이 문제로 지적
- 이에 연구팀은 고온에서 페로브스카이트 나노촉매의 구조 변형을 초래하는 화합물의 생성을 막는 기술을 개발하는 데에 성공
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- 연구팀은 투과전자현미경 등을 통해 페로브스카이트 나노촉매의 특성 변화 과정을 분석
- 페로브스카이트는 사면체, 팔면체 또는 입방체의 결정구조를 보이는 물질로 촉매로 주로 활용
- 연구팀은 투과전자현미경 등을 통해 페로브스카이트 나노촉매의 특성 변화 과정을 분석
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- 이 분석을 통해 스트론튬 탄산염, 코발트 산화물 등이 불순물로 작용하여 구조 변형을 촉진한다는 사실을 밝혀내고 이를 제거함으로써 높은 온도에서도 나노촉매 모양 및 크기를 유지
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- 새롭게 고안된 나노촉매를 고온 수전해 전지에 적용한 결과, 650도의 고온에서 수소 생산량이 2배 이상 늘어나면서도 400시간 이상 성능 저하가 발생하지 않는 것으로 나타남
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- 나아가 연구팀은 신개발 촉매를 대면적 수전해 전지에 적용한 때도 전지가 안정적으로 구동하는 것을 확인함으로써 향후 상용화 가능성을 증폭
- KIST 연구팀은 이번 연구 성과에 대해 수소 생산성 및 가격 경쟁력 측면에서 긍정적인 효과를 불러일으킬 것이라고 기대감을 표명
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- 연구팀은 이번 연구에서 나노소재를 고온 수전해 기술에 적용함으로써 생산성과 내구성이라는 두 가지 측면에서 큰 성과를 얻었다고 언급하면서 향후 그린수소가 그레이수소 대비 가격 경쟁력을 갖게 될 것으로 전망
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- 또한 기술의 상용화를 촉진하기 위해 고온 수전해 셀 제조사와 협력하여 양산용 자동화 공정 기술 개발에 나설 계획이라고 밝힘
[시사점]
- 수소는 물을 분해하여 얻을 수 있는 친환경 자원으로서 분해 과정에서 온실가스 배출을 최소화하는 것이 관건인데, 이산화탄소 배출이 없는 그린수소 생산은 단가가 높아 비용을 낮추기 위한 기술 개발이 절실한 상황
- KIST 연구진의 고온 수전해용 나노촉매 개발 성과는 친환경 그린수소 생산의 핵심기술로 거론되는 수전해 기술의 상용화를 앞당길 것으로 예상되며, 이는 향후 수소경제 효과를 극대화하는 데에 큰 영향을 미칠 것으로 기대
[출처]
- 연합뉴스, KIST “고온 수전해 견디는 나노촉매 개발…수소 생산량 2배”, 2023.11.30.
- 동아사이언스, 수소생산 2배…고온 수전해 전지용 ‘나노촉매’ 개발, 2023.11.30.
- 투데이에너지, KIST, 고온수전해용 나노촉매 개발, 2023.12.1.
