DGIST 연구팀이 비귀금속을 이용해 미래 에너지원으로 각광받는 수소를 생산할 수 있는 촉매를 개발하는데 성공했다.

DGIST(총장 신성철)는 에너지시스템공학전공 샹가라주 샨무감(Sangaraju Shanmugam)교수 연구팀이 효율적이고 저렴한 나노와이어 구조의 황화니켈코발트(NiCo2S4) 촉매 기술을 개발했다고 밝혔다.

수소는 전 세계 에너지 수요를 충족시킬 수 있는 미래 에너지이자 친환경 에너지로 세계 각국에서 수소를 생산하는 다양한 방법을 연구하고 있다.

최근에는 지구상에 풍부한 자원인 물을 전기 분해해 수소를 생산하는 방법이 주목받고 있으나, 물 분해에 많은 전기가 필요하거나 백금과 같은 귀금속 촉매를 사용해 비용이 많이 든다는 단점으로 수소의 대량 생산에 어려움을 겪어 왔다.

샨무감 교수 연구팀은 반응기의 양극에서 일어나는 산소 발생 반응과 음극에서 일어나는 수소 발생 반응에 백금과 비교해 상대적으로 저렴한 니켈코발트 화합물로 촉매를 제작해 실험했다.

연구팀이 개발한 3차원 그물망 니켈폼 위에 형성된 나노와이어 구조의 황화니켈코발트 촉매는 10mA/cm2의 수소 생산 전류 밀도에서 산소 발생 반응을 위한 260mV의 낮은 과전압과 수소 발생 반응을 위한 210mV의 낮은 과전압만 필요로 하는 높은 효율성을 증명했다.

또한, 황화니켈코발트 촉매는 집전 전극인 니켈폼 위에서 나노와이어 구조의 촉매가 바로 만들어지는 것으로 전극과 전해질 인터페이스에서의 전기화학적 반응의 효율성을 높일 수 있다는 사실을 규명했다.

특히, 나노와이어 구조의 황화니켈코발트 촉매는 양극과 음극 모두에서 수소 발생 반응성이 높아 양극 산소 발생 반응 촉매뿐만 아니라 음극 수소 발생 반응 촉매로 활용할 수 있는 양기능성 촉매임을 밝혔다.

DGIST 에너지시스템공학전공 샹가라주 샨무감 교수는 "이번 연구를 통해 태양전지를 이용한 전기화학적 물 분해 장치에 황화니켈코발트 촉매를 활용해 수소 대량 생산의 상용화를 앞당길 수 있을 것으로 기대한다"고 말했다.

한편, 이번 연구결과는 재료과학 분야 세계적 국제학술지 어드밴스드 펑셔널 머티리얼즈(Advanced Functional Materials) 4월 9일자 온라인판에 게재됐다.