고려대는 KU-KIST 융합대학원 박혜성 교수 연구팀이 높은 성능과 안정성을 동시에 갖춘 비귀금속 기반 수소 발생 전극을 개발했다고 10일(목) 밝혔다. 본 연구 성과는 에너지 분야의 저명한 국제 학술지 'ACS Energy Letters(IF=18.2, JCR 상위 4%)' 온라인에 지난 6월 30일(월) 게재됐다.

니켈 기반의 수소 발생 촉매는 귀금속을 대체할 수 있는 저가 소재로 주목받고 있지만, 알칼라인 환경에서는 물 분자의 느린 해리 반응으로 인해 고효율 수소 생산에 한계가 있었다.

연구팀은 이러한 문제를 해결하기 위해, 준 페로브스카이트(pseudo-perovskite) 산화물 지지체(LSCF) 표면에 코발트-니켈 합금(CoNi) 나노입자를 직접 성장시키는 새로운 구조의 촉매를 설계했다. 이 구조는 물 분자의 해리 반응이 원활히 일어날 수 있도록 표면 반응 환경을 조성해, 수소 발생 속도를 크게 향상시켰다. 또한, 촉매와 전극이 일체화된 자가지지형 니켈 단일체 구조를 통해 산업 환경에서도 장시간 안정적인 수소 생산이 가능함을 증명했다.

이러한 구조적 특성을 바탕으로 CoNi-LSCF 촉매 전극은 낮은 전압에서도 수소를 효과적으로 생성하는 성능을 보였다. 10 밀리암페어 매 제곱센티미터(mA cm−2) 전류 밀도에서 28 밀리볼트(mV)의 낮은 과전압을 기록했으며, 산업 환경 조건(1 A cm−2, 6 M KOH, 50 °C)에서도 400시간 이상 안정적으로 작동해 우수한 내구성과 실용 가능성을 입증했다.

고려대 박혜성 교수는 "이번 연구는 촉매 성능 향상뿐만 아니라, 촉매 표면에서의 반응 환경과 작동 원리까지 정밀하게 설계한 사례"라며, "고가의 귀금속 없이도 산업 환경에서 수소의 효율적 생산이 가능함을 보여준 점에서 큰 의미가 있다"고 밝혔다.

본 연구는 과학기술정보통신부가 추진하는 한국연구재단 글로벌 기초연구실 지원사업과 개인기초연구 중견연구자지원사업 및 산업통상자원부가 추진하는 에너지기술평가원 에너지국제공동연구사업의 지원을 받아 수행됐다.