포스텍(POSTECH) 용기중 화학공학과 교수 연구팀이 백금-텅스텐 아산화물(Pt-WOx) 기반의 새 암모니아 전해 촉매를 개발했다. 포스텍 신소재공학과·첨단재료과학부 이동화 교수 연구팀과 한국에너지공대(KENTECH) 에너지공학부 김우열 교수팀이 함께 한 이번 연구성과는 최근 국제 학술지 '어드밴스드 사이언스(Advanced Science)'에 실렸다.



왼쪽부터 포스텍 용기중 교수, 포스텍 이동화 교수, KENTECH 김우열 교수


암모니아 전기 분해는 이론적으로 바다이야기프로그램다운로드 단 0.06V(볼트), 즉 건전지 한 개 수준의 아주 낮은 전압만으로도 수소를 생산할 수 있는 방식이다. 하지만 반응속도가 느리고, 질소산화물(NOx)이 촉매 표면에 달라붙어 금세 성능이 떨어지는 단점이 있다. 연구팀은 이러한 구조적 한계를 정면으로 해결하며 저전력 수소 생산 기술 상용화 가능성을 크게 높였다.
물을 전기 분해해 수소를 릴게임오션파라다이스 얻는 방식은 최소 1.23V가 필요하지만, 암모니아는 이론상 20분의 1 수준의 전압으로도 가능하다. 문제는 암모니아 분해 과정에서 생성되는 질소산화물이 촉매를 막아 반응이 중단된다는 점이다. 마치 배수구에 머리카락이 쌓이듯 촉매가 금세 막혀 몇 시간도 버티지 못하는 것이다.
연구팀은 이를 해결하기 위해 텅스텐 아산화물(WOx) 나노선 위 야마토게임예시 에 백금(Pt)을 빛으로 정교하게 쌓아 올리는 방식을 택했다. 이 구조 덕분에 두 물질 사이에서 전자가 활발히 이동해 반응 속도가 빨라졌으며, 질소산화물 생성은 억제됐다.
실험 결과, 연구팀의 촉매는 120시간 넘게 안정적으로 작동하며 기존 촉매가 수 시간 내에 성능을 잃는 한계를 완전히 넘어섰다. 암모니아 산화 반응에서는 약 50㎃/㎠의 골드몽게임 전류밀도를 기록했고, 수소 발생 반응에서는 26㎷의 매우 낮은 전압만으로도 수소 생산이 가능했다.
이어, 이 촉매를 실사용 환경에 가까운 막전극조립체(MEA), 전해 시스템의 핵심 모듈) 기반 전해 장치에 적용했을 때도 500㎃/㎠ 이상의 높은 전류밀도를 구현했다. 해당 전해 장치를 통해 기존 물 전해 방식보다 1V 이상 낮은 전압으로도 바다이야기무료 같은 양의 수소를 생산할 수 있게 되었다.
또 적외선 분광 분석과 전산 계산을 통해 성능 향상의 원리를 정밀하게 규명했다. 특히 암모니아가 분해되는 과정 가운데 가장 어려운 단계인 아미노기(NH₂)에서 암모니아(NH)로 전환되는 에너지 장벽을 크게 낮추고, 동시에 질소산화물이 촉매 표면에 결합하지 못하도록 차단한 것이 핵심 요인임을 확인했다.
용기중 교수는 “이번 연구는 기존 물 전기 분해 방식보다 훨씬 낮은 전력으로 깨끗한 수소를 생산할 수 있다는 것을 입증한 연구”라며 “탄소중립 시대를 준비하는 저탄소 수소 경제 실현의 중요한 전환점이 될 것”이라고 강조했다.
한편, 이 연구는 한국연구재단 탄소제로 그린 암모니아 사이클링 선도연구센터사업, 중견연구사업의 지원을 받아 수행됐다.
포항=정재훈 기자 jhoon@etnews.com 기자 admin@slotnara.info