[그린수소 혁신] 오래 쓰면 망가지던 수소 촉매, '원자 정렬'로 3000시간 장기 운전 장벽 넘었다!
[그린수소 혁신] 오래 쓰면 망가지던 수소 촉매, '원자 정렬'로 3000시간 장기 운전 장벽 넘었다! 기후위기 대응과 탄소중립 실현을 위한 핵심 에너지원으로 '그린수소(Green Hydrogen)'가 주목받고 있습니다. 그린수소는 태양광이나 풍력 등 재생에너지로 만든 전기로 물을 분해하여 생산하는 친환경 수소입니다. 이 과정의 핵심 장치가 바로 물을 전기분해하는 '수전해' 시스템입니다. 그러나 기존의 수전해 장치는 치명적인 약점이 있었습니다. 수소를 만들어내는 핵심 부품인 촉매가 시간이 지남에 따라 급격히 열화(성능 저하)되어 자주 교체해야 했기 때문입니다. 특히 고효율·저비용으로 각광받는 음이온교환막 수전해(AEMWE) 기술에서는 촉매 속 니켈(Ni) 성분이 빠져나가는 '니켈 용출' 현상으로 인해 장기 운전이 어려웠습니다. 최근 한국재료연구원(KIMS) 최승목 박사 연구팀이 국립부경대학교 서민호 교수, POSTECH 김원배 교수 연구팀과 공동으로 이 한계를 원자 수준에서 극복한 '고내구 백금-니켈(PtNi) 수소발생 촉매' 개발에 성공하며 수소 경제의 상용화를 앞당기고 있습니다. 1. 기술의 핵심: '원자 배열'을 바꾸어 열화를 막다 기존에 연구되던 백금-니켈(PtNi) 합금 촉매는 초기 성능은 매우 우수하지만, 실제 수전해 환경에서 장시간 구동하면 니켈 원자가 촉매 외부로 쉽게 빠져나갔습니다. 이로 인해 촉매의 구조가 무너지고 성능이 뚝 떨어지는 고질적인 문제가 있었습니다. 공동 연구팀은 무작위로 섞여 있던 원자 구조 대신, 백금과 니켈 원자를 일정한 위치에 질서 정연하게 배치하는 '고정렬(Ordered) 기술'을 설계했습니다. 자가 조절 메커니즘: 저온 환원법으로 촉매를 만든 후, 질소 분위기 속에서 정밀 열처리를 거쳐 원자를 규칙적으로 재배열했습니다. 니켈 결합력 강화: 규칙적으로 배열된 원자 구조에서는 백금과 니켈 간의 화학적 결합력이 훨씬 강...