작성자Energy Catalyst and Device Laboratory 조회수374Date2023-07-16
지스트(광주과학기술원)는 에너지융합대학원 박찬호 교수와 조지아공대 장승순 교수 공동연구팀이 이리듐 사용량을 절감하면서도 기존보다 무려 1.5배 높은 활성도를 지닌 이리듐 촉매를 개발했다고 6일 밝혔다.
이리듐은 고온·고압과 부식에 강하고 화학 반응이 잘 일어나는 특성으로 수전해에 적합, 재생에너지를 이용하여 수소를 생산하는데 널리 적용되는 '고분자전해질막 수전해' 촉매로 이용되고 있다. 그러나 매장량이 백금의 10분의 1수준에 불과할 정도로 희귀하고 가격이 비싼 귀금속으로 신재생에너지 생산에 걸림돌이 되어왔다. 이리듐의 사용량을 절감하기 위해 합금 촉매를 개발하거나 금속산화물을 적용하는 시도는 여러 차례 있었으나 금속이 용출되거나 전기 전도도가 낮아지는 등의 문제가 발생했다. 연구팀은 '탄탈륨산화물'에 소량의 이리듐을 고르게 덮어서 제작한 새로운 촉매로 이리듐 사용량을 줄이고도 성능을 대폭 향상시켰다. 탄탈륨산화물은 내부에 중간 크기의 기공이 발달된 구조를 지니며 단위 무게당 표면적이 넓어서 촉매입자를 고정하는 성능이 뛰어난 금속산화물이다. 연구팀이 개발한 촉매는 티타늄산화물을 적용한 이리듐 촉매에 비해 전기전도도가 높았을 뿐만 아니라 기존 단위전지에서 보통 1~2㎎/㎠ 사용되던 이리듐이 0.3㎎/㎠까지 절감됐다. 기존 이리듐 사용량의 15%~30% 수준이다. 기존 이리듐 촉매보다 질량활성 기준 1.5배 향상된 활성도를 보여 고분자전해질막 수전해에서 유용하게 활용될 것으로 기대된다. 연구팀은 이리듐과 탄탈륨 사이의 전기적 상호작용을 분석해 촉매의 활성도가 향상된 요인을 규명하는데도 성공했다. 박찬호 교수는 "새로운 금속산화물을 이용해 이리듐을 절감하면서도 성능까지 높인 촉매 개발에 성공했을 뿐만 아니라 실제 단위전지에 적용하는 것까지 성공했다"며 "수소와 같은 신재생에너지를 안정적으로 생산하는데 기여할 것으로 기대된다"고 밝혔다. 박 교수와 장승순 교수가 주도하고 지스트를 졸업한 한국과학기술연구원 백채경 박사와 조지아공대 조진원 박사과정생이 참여한 이번 연구는 한국연구재단 중견연구자지원사업에서 지원받았다. 연구성과는 전기화학 분야 국제학술지인 'Journal of Power Sources'에 채택돼 5월 23일 온라인 공개됐다.
