이승화 교수 연구팀이 개발한 전극의 활성화 과정.(사진=국립창원대 제공)

국립창원대학교는 에너지화학공학과 이승화 교수팀이 17일 친환경 그린수소 생산을 위한 ‘니켈-철 셀레늄계 전극’ 개발에 성공했다고 밝혔다.

이승화 교수팀은 현재 친환경 수소생산을 위한 전기화학적 물 분해 전극 촉매 및 시스템에 대한 연구를 수행하고 있다. 연구팀에 따르면 전기화학적 물 분해(수전해) 방식은 수소 생산 과정 중 오염물 배출이 없기 때문에 ‘그린 수소’라고 불리며, 미래 수소 경제 사회의 핵심 요소기술이 될 것으로 전망된다.

산소 발생 반응은 수전해 시스템의 에너지 효율을 좌우하는 핵심 반응으로, 고활성 촉매 개발이 필수적이며, 특히 Ni 기반 Se 화합물은 우수한 전기전도성과 넓은 반응 면적으로 주목받아 왔으나 반응 중 Se의 용출과 재배열 현상이 촉매 활성에 미치는 영향은 명확히 밝혀지지 않은 상태이다.

이승화 교수팀의 본 연구에서는 실시간 라만 분광(in-situ Raman spectroscopy) 분석을 통해 Se–Se 결합 신호와 Fe³⁺ 도입에 따른 격자 변화, 그리고 γ-NiOOH 상 전환을 정밀 관찰했다. 그 결과, Se가 단순히 용출되는 것이 아니라 계면에서 잔존·재흡착되며 활성 산소종(active oxygen species)을 크게 강화한다는 사실을 최초로 규명했다.

본 연구는 전기화학반응 과정 중 Se가 전극 층에 잔존 하게 되면서 산소 발생 반응 성능 향상에 미치는 영향을 실시간 계면 반응 분석 실험과 함께 처음으로 입증한 결과이고, 이 효과는 전극 스케일-업 및 단일전지(Single-cell) 평가에서도 우수한 성능으로 확인됐다(전류밀도: 1 A/cm2, 약 360시간 운전).

국립창원대 이승화 교수 연구실에서는 ‘in situ 분석 기법’ 기반의 수전해 촉매 연구를 활발히 수행하고 있으며, 이번 연구는 장영은 석사과정생이 제1저자로 연구를 주도해 국제저명학술지 ‘Chemical Engineering Journal(IF: 13.2, 화학공학분야 JCR 상위 4.3%)’에 게재됐다(제목: ‘Residual Selenium in Electrochemically Selenized Nickel-Iron Electrodes Enables Highly Active and Durable Alkaline Water Electrolysis’).

한편 이 연구는 과학기술정보통신부 기초연구사업 기본연구와 국립창원대 ‘강사-대학원생-교원 간 융합연구 지원사업’의 지원을 받아 수행됐다.