중국 연구진이 바닷물처럼 염도가 높은 물에서도 2000시간 이상 안정적으로 작동해 그린수소를 생산할 수 있는 새로운 양극(+)을 개발했다.
과학 전문 매체 유레카얼러트 등에 따르면 중국과학원 닝보 재료기술공학연구소 연구팀은 최근 염도가 높은 환경에서 니켈-철 기반 양극의 안정성을 획기적으로 높이는 전략을 발표했다. 이번 연구는 해수 전기분해의 내구성 문제를 극복할 차세대 양극재 개발에 중요한 통찰을 제공한다.
그린수소 생산을 위한 전기분해는 막대한 양의 물이 필요해 담수 부족 문제가 한계로 지적돼왔다. 풍부한 해수나 염수를 활용하는 방안이 대안으로 꼽히지만, 물속 염소 이온이 전극을 빠르게 부식시켜 상용화에 어려움을 겪었다.
연구팀은 니켈-철 수산화물(NiFeOOH) 양극에 루테늄(Ru)을 안정제로 첨가해 이 문제를 해결했다. 루테늄은 촉매와 기판 계면에 보호층을 형성하고, 촉매 내부에 원자 단위로 분산돼 염소의 공격으로부터 활성 부위를 보호하는 이중 역할을 수행한다.
실제로 이렇게 개발된 'RuSA-NiFeOOH/Ni' 양극은 염화물이 포함된 알칼리성 용액에서 2000시간 이상 안정적인 작동을 보였다. 반면 기존 최신 기술의 양극은 동일한 조건에서 15시간 이내에 성능이 저하됐다.
새로운 양극은 실제 바닷물을 이용한 실험에서도 우수한 성능을 입증했다. 연구팀은 닝보 연안에서 채취한 실제 바닷물에 수산화칼륨(KOH)을 섞은 전해질에서 500시간 이상 안정적인 구동에 성공해 실용화 가능성을 확인했다.
연구팀은 가로세로 35cm 크기의 대면적 전극 제작에도 성공해 상업화 잠재력도 입증했다. 연구팀은 향후 루테늄을 대체할 저렴한 비귀금속 촉매를 탐색해 비용을 절감하는 연구를 이어갈 계획이다.