이리듐 촉매 활용해 수소연료전지와 수전해 시스템 내구성 개선

[테크월드뉴스=서유덕 기자] 한국과학기술연구원(KIST)은 청정에너지연구센터 오형석 박사 연구팀이 베를린 공과대학교(TU-Berlin)와의 공동연구를 통해 수소연료전지와 수전해 시스템의 전극에서 발생하는 내구성 저하 문제를 해결할 수 있는 이리듐 나노 촉매를 개발했다고 19일 밝혔다.

이리듐(Ir)은 연료전지의 수소 산화와 수전해 설비의 산소 생산, 수소 생산 반응에 효과적인 반응을 일으키는 촉매로 기능하지만, 쉽게 산화돼 이리듐 산화물(IrO)형태로 존재한다. 따라서 전극의 부식은 막을 수 있더라도 백금 촉매의 활성을 오히려 방해하는 문제를 지녔다. 이 때문에 이리듐 연료전지와 수전해 설비의 기능을 방해하는 산화된 이리듐 촉매를 다시 이리듐 금속으로 되돌리는 것이 필수적인 과제였다.

KIST 연구진은 이 같은 문제를 해결하기 위해 일반적인 반응 시에는 이리듐 금속으로 존재해 촉매로서의 역할을 하고, 전극이 부식될 위험이 발생하면 이리듐 산화물로 변해 부식을 막을 수 있는 스마트 촉매를 개발했다. 실시간 분석을 통해 이리듐 촉매의 화학 변화를 조절할 수 있는 이리듐 산화물의 산화 피막 두께를 찾아냄으로써 상황에 맞춰 이리듐(Ir)-이리듐 산화물(IrO)의 형태를 자율적으로 변환 가능한 촉매를 개발했다. 개발한 촉매는 탄소 전극의 부식 위험이 있을 때는 이리듐 산화물로 변해 부식을 막아 내구성을 높이고, 정상 구동 조건에서는 빠르게 이리듐 금속으로 돌아와 촉매로서 기능한다. 기존 상용 백금 촉매가 40% 성능 감소를 보이는 가혹 조건 내구성 평가에서 9%의 성능 감소만을 보였다.

오형석 박사는 “개발한 이리듐 촉매 분석 플랫폼으로 연료전지와 수전해 시스템의 내구성 문제를 해결할 수 있는 새로운 연구 개발 방향을 제시했다”며, “이번 연구 성과는 수소 자동차와 그린 수소 생산 수전해 시스템의 내구성 개선 등에 기여할 것으로 기대된다”고 말했다.