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김 교수팀, 수소생산 효율을 높일 수 있었던 비결

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2017년 12월 14일 17:30 프린트하기

수소연료는 석유 자원을 대체할 친환경 차세대 에너지로 꼽힌다. 연료를 사용한 뒤 나오는 부산물이 수증기 뿐이어서 환경 문제에서도 자유롭다. 다만 생산 방법이 문제다. 수소 자체는 친환경 연료지만 천연가스나 메탄을 이용해 수소를 추출하는 과정에서 이산화탄소 같은 온실 가스를 많이 발생시킨다. 물을 전기분해하면 이런 부작용을 막을 수 있지만 전기가 많이 필요하다.

 

김건태 울산과학기술원 에너지 및 화학공학부 교수팀은 두 개의 전극 모두에서 전기분해가 일어나게 해 고체산화물 수전해전지 효율을 획기적으로 높이는 기술을 개발했다고 14일 밝혔다. 수전해전지는 물을 전기분해해 수소를 만드는 장치다.

 

전지는 두 개의 전극과 전극 사이를 메우는 전해질로 이루어진다. 이 전해질에는 이온이 있는데 이온이 오가며 전기나 수소 같은 필요한 물질을 만든다. 예를 들어 수소 이온 전도성 전해질이라면 연료극에만 전기분해가 일어난다. 수소 이온이 공기극을 통해 수소로 만들어진다. 반대로 산소 이온 전도성 전해질이라면 연료극에서 수소가 만들어지고 분리된 산소 이온은 전해질을 거쳐 공기극으로 나온다. 전극이 두 개지만 전기분해는 한 쪽에서만 이루어져 효율이 낮다.


연구팀이 효율을 높일 수 있었던 비결은 수소이온 전도성 전해질의 새로운 특징을 찾아낸 덕분이다. 이 전해질은 특정 온도와 환경에서 산소 이온과 수소 이온을 모두 전도할 수 있었다. 산소 이온과 수소 이온 모두를 전해질에 전도할 수 있다면 전기 분해를 공기극과 연료극 양쪽에서 일어나게 할 수 있다.

 

이 전해질을 이용해 수전해전지를 개발하자 기존 수전해전지보다 효율이 4배나 좋아졌다. 특히 전극과 전해질을 모두 고체로 사용해 구조가 간단하고, 전해질을 보충하거나 부식에 대해 걱정할 필요가 없다. 게다가 고온에서 작동해 화학 반응에 필요한 추가 전기에너지량도 줄일 수 있었다.

 

김준영 연구원, 김건태 교수, 권오훈 연구원 - 유니스트 제공
김준영 연구원, 김건태 교수, 권오훈 연구원 - 유니스트 제공

 

김 교수는 “신재생 에너지로 만든 전기로 수소를 생산하면 전과정에서 오염 물질을 전혀 배출하지 않을 수 있다”며 “이번 연구는 친환경 수소 생산 장치 개발과 사용화에 크게 기여하게 될 것”이라고 말했다.

 

이 연구는 에너지 분야 국제학술지 ‘나노 에너지’ 12월 5일자에 공개됐다.

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