한국과학기술연구원(이하 KIST, 원장 이병권) 연료전지연구센터 장종현 박사팀은 전해도금을 통해 이리듐산화물을 다공성 금속지체에 코팅하는 전극 기술을 개발했다. 이 기술은 전기화학적 수소 생산 성능과 내구성이 우수해 귀금속 촉매 사용량 저감 및 전극 제조 공정 단순화의 측면에서 가격 경쟁력 확보가 가능할 것으로 전망된다.

대용량, 장기간용 에너지저장장치(ESS)로 물 전기분해 기술을 적용해 잉여전력을 수소로 저장하는 방식이 주목받고 있다. 하지만 물 전기분해 기술이 상업적 경쟁력을 확보하기 위해서는 재료 및 제조 공정 측면에서 비용 저감과 성능 증대를 동시에 실현할 수 있는 기술 개발이 요구되고 있다.

기존의 기술은 분말을 물리적으로 도포하는 방식으로 귀금속 촉매 사용량(1~5mg/cm2)이 많으며 보호 코팅막 제조가 필요했던 단점이 있었다. 반면 이번에 개발한 기술은 소량의 이리듐산화물을 다공성 금속지체에 코팅하는 간단한 방법으로 소재 및 공정의 비용 저감에 기여할 수 있을 것으로 기대된다.

KIST의 장종현 박사 연구팀은 기존의 단점을 해결하기 위해 이리듐산화물을 전해도금으로 다공성금속지지체에 코팅, 촉매와 지지체 보호막 역할을 동시에 수행하는 새로운 전극 제조 기술을 개발했다.

전해도금 조건을 조절해 이리듐산화물의 담지량 및 미세구조를 제어할 수 있음을 확인했으며, 소량의 이리듐산화물을 균일하게 형성하는 조건을 도출했다. 개발된 전극으로 물 전기분해 장치를 제작해 저감된 귀금속량(0.4mg/cm2)에서도 우수한 수소생산 성능을 확인했다.

또한 이리듐산화물층이 물 전기분해 조건에서 다공성금속지지체의 보호막으로 활용될 수 있음을 전기화학적 분석 및 수소생산 안정성평가로 확인했다.

장종현 KIST 박사는 “이번  연구로 개발된 전해도금 이리듐산화물 촉매‧보호막 기술은 반응 활성화와 부식 방지의 두 가지 역할로 활용될 수 있으므로 물 전기분해 장치의 귀금속 촉매 사용량 및 공정비용 저감에 기여할 수 있을 것으로 전망된다”며 “이를 통해 청정수소 생산 및 신재생에너지 보급확대의 기반 기술 구축에 기여할 수 있을 것으로 기대된다”고 밝혔다.

이 연구는 과학기술정보통신부 지원으로 KIST 기관고유산업과 산업통상자원부 산업기술혁신사업으로 수행됐으며, 연구결과는 촉매 분야의 국제학술지 ‘Applied Catalysis B: Environmental’(IF : 9.446, JCR 분야 상위 2.00%)   최신호(온라인 2017.12.16)에 게재됐다.