들쭉날쭉한 태양광, 풍력과 같은 재생에너지 전력에도 성능 저하가 없는 수전해 전극 개발을 통해 이산화탄소 배출이 없는 ‘그린수소’를 더욱 안정적으로 생산할 수 있게 됐다.

한국에너지기술연구원(원장 이창근) 수소연구단 김민중 박사 연구진이 재생에너지원으로부터 그린수소를 안정적으로 생산할 수 있는 고내구성 니켈-철 이중층 수전해 전극을 개발했다.

수전해는 물을 분해해 수소 발생과 산소 발생 반응이 동시에 일어나는데 문제는 전체 반응속도가 반응이 느린 산소 발생 반응에 맞춰 진행된다는 것이다.

이와 함께 재생에너지의 변동성으로 인해 수전해 장치에 급격한 전압상승이 발생해 전극이 쉽게 손상되고 전체적인 성능이 저하되는 문제가 있어 높은 활성과 내구성을 가진 수전해 전극 개발이 필요하다.

이를 극복하기 위해 연구진은 산소 발생 반응에 높은 활성을 가진 니켈-철 이중층 수산화물 전극의 철 이온 함량의 조절만으로 재생에너지의 급격한 변동성에도 성능 저하가 없는 수전해 전극을 개발했다.

연구진이 개발한 전극은 12시간 동안의 급격한 시작-정지 반복에도 성능 저하 없이 안정적인 구동이 가능해 20% 이상의 성능 저하를 보였던 일반적인 니켈-철 전극에 비해 매우 우수한 동적 운전 내구성을 확보했다.

또 높은 산소 발생 반응 성능을 나타내 0.4 A/㎠의 전류밀도에서 81.7%(HHV)의 효율로 수소 생산이 가능하고, 2,500㎠ 면적의 스케일-업에도 성공해 상용장치에서의 사용 가능성도 높였다.

연구책임자인 김민중 박사는 “선행연구로부터 지속된 연구와 계산과학의 활용을 통해 전극 소재 구조를 설계하고, 이를 구현할 수 있는 전극 제작기술을 발굴한 것이 이번 연구의 가장 큰의의”라며, “수전해 전극의 내구성 향상 기술은 재생에너지로부터 그린수소를 생산하기 위한 핵심기술 중 하나이기에 보다 많은 관심과 지원이 필요하다.”고 밝혔다.