[월간수소경제 성재경 기자] 아연도금처럼 금속의 부식을 막기 위해 금속보다 쉽게 산화되는 금속, 즉 ‘희생금속’으로 알칼라인 전해조 전극의 열화를 막는 기술이 제안됐다.

POSTECH(포항공과대학교) 신소재공학과 김용태 교수, 석사과정 김윤아, 정상문 박사팀은 알칼라인 수전해 셀에 전력 공급이 중단될 때 생기는 역전류의 영향으로 환원극이 열화되는 메커니즘을 밝히고, 이를 방지할 수 있는 새로운 해결책을 제시했다고 30일 밝혔다.

그린수소를 얻는 대표적인 수전해 기술인 알칼라인 수전해는 비교적 안정된 기술로 대면적화가 빨리 이뤄져 지난 2020년 전 세계에서 가동되는 수전해 장치 중 알칼라인이 60% 이상을 차지하기도 했다.

문제는 이 장치에 전원공급이 중단될 경우 장치 내에서 역전류가 발생하면서 구성품이 열화되는 형상이 나타난다는 점이었다. 지금까지 이 열화현상에 대한 메커니즘이나 해결책은 알려진 바가 없었다.

김용태 교수팀은 신재생에너지의 부하변동에 의해 알칼라인 전해조에 전원이 차단되어 역전류가 발생할 때 니켈(Ni) 환원극(음극) 촉매가 산화되면서 성능이 열화되는 점을 밝혀냈으며, 금속의 반응성 차이를 이용해 금속의 부식을 막는 음극방식법(Cathodic Protection)을 이용한 해결책을 함께 제시했다.

음극방식법은 오래전부터 다양한 분야에 활용되어온 기술로, 연구팀은 니켈 음극 촉매에 니켈보다 훨씬 산화가 잘되는 납(Pb), 아연(Zn), 주석(Sn), 알루미늄(Al)을 희생금속으로 삼아 연결했다. 그 결과, 촉매가 역전류조건에서도 우수한 촉매 활성 상태를 유지하는 것을 확인할 수 있었다고 연구팀은 전했다.

이번 연구 성과는 미국화학회가 발간하는 국제학술지 ‘JACS Au’를 통해 발표됐으며, 그 우수성을 인정받아 ‘JACS Au’의 표지 이미지로 선정됐다.