‘연잎이 물방울 털 듯’…전극서 공기 방울 없애 수소 생산↑
‘연잎이 물방울 털 듯’…전극서 공기 방울 없애 수소 생산↑
  • 김동수 기자
  • 승인 2020.04.18 12:14
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(좌측부터) 표면에 미세한 구멍이 많은 고분자 젤을 물의 전기분해용 전극에 코팅해 수소 생산성을 높이는 기술을 개발한 이동욱 교수와 류정기 교수. (UNIST 제공)/그린포스트코리아
(좌측부터) 표면에 미세한 구멍이 많은 고분자 젤을 물의 전기분해용 전극에 코팅해 수소 생산성을 높이는 기술을 개발한 이동욱 교수와 류정기 교수. (UNIST 제공)/그린포스트코리아

[그린포스트코리아 김동수 기자] 전기화학적 물 분해에서 수소 생산효율 획기적으로 높이는 기술이 국내 연구진에 의해 개발됐다.

울산과학기술원(UNIST) 에너지 및 화학공학부 이동욱·류정기 교수 공동연구팀은 ‘표면에 미세한 구멍이 많은 고분자 젤’을 물의 전기분해(수전해)용 전극에 코팅해 수소 생산효율을 5배 정도 높이는 기술을 개발했다고 밝혔다.

전기분해란 전기 에너지를 이용해 물을 수소와 산소로 분해하는 과정이다. 물의 산화-환원 반응을 통해 인공적으로 수소를 생산하는 반응을 말한다.

특히, 이번에 개발된 기술은 새로운 촉매를 개발하지 않고 전극 표면을 코팅하는 것만으로도 수소 생산량을 크게 높일 수 있어 주목받고 있다.

실생활에서 컵에 탄산음료를 따르면 컵 안쪽 표면에 공기 방울이 달라붙는다. 음료를 마실 때라면 이런 공기 방울의 많고 적음이 큰 상관은 없다. 하지만 물을 전기분해하는 전극에서는 상황이 다르다.

전극 표면에서 발생한 기체가 많이 달라붙어 있을수록 반응이 일어날 면적이 줄어 수소와 산소 같은 기체 발생 효율이 낮아진다. 따라서 전극 표면에 달라붙는 기체를 제거하는 게 전체적인 효율에 영향을 미친다.

공동연구팀은 ‘다공성 수화 젤(hydrogel)’을 전극 표면에 코팅함으로써 기체 방울을 쉽게 제거하는 방법을 고안했다. 

수화 젤은 물을 많이 흡수할 수 있는 고분자물질로 고체의 표면에 코팅하면 기체가 잘 달라붙지 않고 떨어지게 된다.

연구팀은 수전해 시스템의 전극 표면을 수화젤로 코팅해 수소 발생 성능을 측정했다. 그 결과 같은 수소 생산효율이 5배 정도 향상됐다.

류정기 교수는 “고분자물질은 반응을 촉진하는 촉매 역할을 할 수 없고 전기가 통하지 않아 수전해 효율을 낮춘다고 예상됐다”며 “이런 점 때문에 전극에 사용된 적이 없었지만 전극 표면을 코팅하는 방식으로 활용해 오히려 수전해 방식의 단점을 해소할 수 있었다”고 설명했다.

이번 성과는 고분자물질을 고체의 표면에 코팅해 ‘기체를 밀어내는 성질’을 얻은 새로운 기술로 주목받고 있다. 기존에도 표면의 기체를 제거하기 위해 고체의 표면에 미세한 나노 구조를 만드는 방법이 있었지만 제조비용이 비싼 데다 적용 가능한 물질도 제한됐다. 그러나 이번에 개발한 방법은 고체라면 물질에 상관없이 적용할 수 있다. 또한 대상 물질에 수화 젤만 코팅하면 되는 간편하고 저렴한 방식이라 활용 범위도 넓을 것으로 예상된다.

이동욱 교수는 “이번 연구는 다공성 고분자 수화 젤의 코팅을 이용해 다양한 고체의 표면에 ‘초혐기성’(기체를 싫어해서 밀어내는 성질)을 구현한 최초의 연구”라며 “이 기술은 수전해 뿐만 아니라 이산화탄소 자원화 등 다양한 분야에 활용이 가능할 것”이라고 기대했다.

이번 연구는 국제 학술지 사이언스 어드밴시스(Science Advances) 4월10일자로 공개됐다.

기존의 전극과 초혐기 필름 전극의 수소 기체 발생 효율 비교. (UNIST 제공)/그린포스트코리아
기존의 전극과 초혐기 필름 전극의 수소 기체 발생 효율 비교. (UNIST 제공)/그린포스트코리아

 

kds0327@greenpost.kr


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