네이처 커뮤니케이션즈 최근호 게재
(부산=연합뉴스) 이종민 기자 = 화석연료를 대체할 미래 에너지원인 수소를 물에서 적은 전력으로도 많은 양을 추출할 수 있는 기술이 국내 연구진이 주도한 국제공동연구팀에 의해 개발됐다.
부산대는 기계공학부 김용태 교수와 미국 아르곤국립연구소 네나드 마르코비치 박사가 주축이 된 국제공동연구팀이 물을 전기분해해 수소를 생산하는 수전해(水電解·water electrolysis) 과정에서 전력 소비 효율을 극대화시킬 수 있는 최적의 전극 구조를 개발하는 데 성공했다고 21일 밝혔다.
수전해 기술은 순도 100%에 가까운 수소를 추출하고 부산물로는 오직 산소만을 배출하는 친환경적인 기술이라는 점에서 미래 수소 생산의 가장 유력한 방식으로 손꼽힌다.
그러나 전극에서 느린 반응 때문에 이론치보다 훨씬 높은 전력을 소비하는 것이 문제였다.
특히 실제 수소를 생산하는 캐소드(cathode·전자가 방출되는 전극)보다 상대 전극인 산소를 발생하는 애노드(anode·산화 반응이 진행되는 전극)에서의 반응 속도가 월등히 느려 애노드 전극에 대한 효율 개선이 시급한 문제였다.
김 교수가 참여한 국제연구팀은 이러한 문제를 해결하고자 전기화학적 탈합금 방식으로 3차원의 나노다공성 전극 구조를 만들었다.
이 전극 구조는 전하 전달의 고속도로 역할을 수행해 적은 전력으로도 고효율의 결과를 낼 수 있는 것으로 확인됐다.
또 기존에는 전극 설계에서 중요하게 고려하지 않았던 전자전도도가 고전류 밀도에서는 핵심 인자로 작용하는 것을 세계 최초로 규명했다.
학계에서는 이번 연구결과는 기존의 전극 설계 개념을 완전히 뒤바꿀 수 있는 획기적인 아이디어로 평가하고 있다.
이번 연구는 네이처 커뮤니케이션즈(Nature Communications)지 11월 13일 자에 소개됐다.
이번 연구를 주도한 김용태 부산대 교수팀은 대부분의 실험 데이터 확보와 메커니즘 해석 부분을 담당했다. 아르곤국립연구소 연구팀은 방사광 가속기 및 최첨단 제자리실험(in-situ) 기법을 활용해 데이터 분석에 참여했다.
김 교수는 "이번에 확보한 기술은 수소를 생산할 때 큰 비용이 드는 전력 문제를 해결할 수 있다는 점에서 의의가 있다"며 "수전해뿐만 아니라 수소 연료전지 등 인접 분야에도 직접 적용이 가능하다"고 말했다.
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