자가발전형 수소 생산시스템 개발한 카이스트... 기존 문제점 보완 성공

[녹색경제신문 = 이지웅 기자] 강정구 카이스트 신소재공학과 교수 연구팀이 우수한 성능의 아연-공기전지 기반의 자가발전형 수소 생산 시스템을 개발하는 데 성공했다. 이를 통해 수소 생산에서 뒤따라오는 문제점을 해결할 수 있을 것으로 보인다. 

일차 전지의 한 종류인 공기전지는  화석연료의 대체제로 주목받고 있는 수소의 단점을 보완한 동력원으로 평가받고 있다. 수소 생산에는 이산화탄소 배출이 뒤따라오고, ‘그린 수소’ 생산의 기반이 되는 신재생에너지는 발전량이 불규칙에 물 분해 효율이 낮았다. 

이에 물 분해 반응에 효과적인 촉매와 반복적인 아연-공기전지 전극의 충·방전 반응에 안정적인 물질의 개발이 요구됐다. 

강 교수 연구팀은 산화 그래핀에 성장시킨 나노 사이즈의 금속-유기 골격체를 활용해 3가지 다른 촉매반응(산소 발생-수소 발생-산소 환원)에 모두 효과적인 비귀금속 촉매 소재의 합성법을 제시했다.

연구팀은 개발된 촉매 물질을 공기전지의 공기극 물질로 구성해 기존 배터리 대비 약 5배 높은 에너지밀도(797Wh/kg), 높은 출력 특성(275.8mW /cm²), 반복적인 충·방전 조건에서도 장시간 구동하는 안정성을 확인했다.

강 교수는 “낮은 온도 및 간단한 방법으로 3가지 다른 전기화학 촉매반응에서 높은 활성도와 수명을 지닌 촉매 소재를 개발해 구현된 아연-공기전지 기반 자가발전형 수소 생산 시스템은 현재 그린 수소 생산의 한계를 극복할 수 있는 새로운 돌파구가 될 것이다”고 밝혔다.

한편 이번 연구는 과학기술정보통신부와 한국연구재단의 나노 및 소재기술개발사업 미래기술연구실의 지원을 받아 수행됐다.