전북대학교 나노융합공학과 이중희 교수팀이 세계 최고 효율의 음이온 교환막(Anion exchange membrane: AEM) 수전해 시스템을 개발해 화제를 모으고 있다. 이 기술은 백금 등 고가의 귀금속 촉매를 저비용, 초효율 촉매로 대체하여 산업계의 요구를 충족시키며 상용화에 대한 기대를 높이고 있다.

이중희 교수팀은 철과 망간 전이금속이 결합된 니켈 층상 이중 수화물(Layered double hydroxide: LDH) 구조체 표면에 소량(1.4 wt%)의 백금 단원자 촉매를 흡착시켜 저비용이면서도 높은 촉매 활성도를 가지는 수전해 촉매를 개발했다. 이 연구 결과는 에너지소재 분야의 세계적 학술지인 『ACS Nano』 최신호에 게재됐다.



개발된 촉매는 기존의 상용 촉매인 백금/탄소(Pt/C) 촉매와 비교하여 질량당 약 15.45배 높은 촉매 활성을 보였으며, 최적화된 전자 특성으로 인해 수소가스 발생 속도를 크게 높이는 효과를 나타냈다. 음이온 교환막 수전해 장치에 적용한 결과, 1.0M 수산화 칼륨 용액을 사용하여 60℃에서 단위 면적당 전류밀도 0.5A/cm²에서 전지전압이 약 1.79V로 매우 낮은 전지전압 특성을 보였다. 이는 현재 상용화된 음이온 교환막 수전해 장치 중 세계 최고 수준의 성능을 기록한 것이다.



또한, 이 장치는 600시간 이상의 장시간 구동 후에도 성능 저하가 거의 없는 우수한 내구성을 보였으며, 이는 현재 수전해 관련 산업계가 요구하는 고효율과 고내구성을 동시에 충족시키는 성과로 평가받고 있다.




이중희 교수는 “이번 연구 성과는 그린 수소의 대량 생산을 위한 핵심 원천기술로서, 우리나라의 수전해 장치 기술을 진일보시키는데 크게 기여할 것”이라며 “특히 산업계가 요구하는 높은 수소 생산 비용과 효율을 해결할 수 있는 핵심 소재 기술로서 산업계에 미치는 파급 효과가 매우 클 것으로 기대된다”고 밝혔다.

한편, 이번 연구는 전북대 나노융합공학과 이중희 교수와 김남훈 교수, 트란듀이 탄 교수팀과 트란 코아 당 박사과정생이 협업으로 이루어냈으며, 과학기술정보통신부의 나노탄소기반에너지소재 지역혁신선도연구센터(RLRC) 사업과 중견연구자지원사업의 지원을 받아 수행됐다. 개발된 촉매 기술은 해당 핵심 연구원들이 창업한 벤처기업 (주)아헤스(AHES)에서 실제 수전해 장치에 적용해 상용화 기술을 확보할 계획이다.