경제성이 관건인 수소연료..백금 등 귀금속 아닌 저렴한 코발트·황을 촉매로 써 해결

고려대 김동완 교수-송희조 박사 연구팀, 값싼 고성능 촉매 개발

수소 장시간 안정적으로 많이 활성화..수소연료 산업화 길 열려

고려대 김동완 교수(왼쪽)와 송희조 박사가 백금 등 귀금속 대신 비교적 저렴한 코발트·황을 촉매로 써 수소연료를 얻을 수 있는 방법을 설명하고 있다. /사진제공=한국연구재단

백금 등 값비싼 귀금속이 아닌 비교적 저렴한 코발트·황을 촉매로 써 신재생에너지인 수소연료를 얻을 수 있는 길이 열렸다.

한국연구재단은 고려대 김동완 교수·송희조 박사 연구팀이 귀금속이 아닌 재료를 사용해 수소와 산소를 모두 생산하는 고성능 촉매를 개발했다고 15일 밝혔다. 화석연료를 대체할 수소 연료의 상용화가 가능하게 됐다는 얘기다.

현재 물을 전기 분해해 수소를 얻는 방식은 연구가 활발히 진행되고 있으나 백금이나 루테늄 등 귀금속을 촉매로 사용해 경제성이 크게 떨어진다. 수소가 발생하는 양극과 산소가 발생하는 음극에 서로 다른 촉매를 사용하는 점도 비효율적이다.

이에 따라 연구팀은 코발트·황을 기반으로 물을 전기분해할 때 양극과 음극에서 모두 사용할 수 있는 고성능 촉매를 만들었다. 코발트·황 화합물은 3차원 구조로 돼 있다. 2차원 나노시트가 자가 조립된 형태다. 연구팀은 이를 니켈과 인으로 치환해 조성에 변화를 줬다. 촉매는 수소와 산소 발생 반응 모두 높은 활성을 보였고 50시간 이상 측정해도 특성이 변하지 않았다.

니켈과 인으로 치환된 3차원 구조의 코발트·황(CoS2) 기반 촉매 제조 공정. /자료제공=한국연구재단

김동완 교수는 “코발트와 황 등 상대적으로 값싼 원료를 사용해 고활성 양 기능성 물 전기분해 촉매를 구현했다”며 “대용량 수소원료 산업화에 이바지할 것으로 기대한다”고 말했다.

이 연구는 과학기술정보통신부·한국연구재단 나노소재기술개발사업 지원으로 이뤄졌으며 지난 8일 ‘어드밴스드 에너지 머터리얼스’(Advanced Energy Materials) 온라인에 논문이 게재됐다. /고광본 선임기자 [e-mail]