UNIST는 에너지화학과 이동욱·류정기 교수팀이 수전해 장치의 주요 부품인 ‘다공성 수송층’(PTL)에 테플론(PTFE)을 코팅해 수소 생산 성능을 40% 높였다고 24일 밝혔다.
수전해 장치는 물과 전기로 그린 수소를 생산하는 장치다. 수소는 이 장치 전극의 촉매 표면에서 화학 반응해 만들어진다. 이때 수소 기체가 제때 빠져나가지 못하고 기포 형태로 촉매 표면을 덮어버리면 반응이 막혀 문제가 된다. 생산 반응이 일어나는 촉매 표면적이 줄어들기 때문이다.
연구팀은 수소 기체가 빠져나가는 통로인 전극 ‘다공성 수송층’에 테플론을 발라 문제를 해결했다. 테플론은 원래 프라이팬의 음식 눌어붙음을 방지하기 위해 코팅하는 물질이다. 이 물질을 수송층에 코팅하면 수소가 다공성 구조를 빠르게 통과해 배출되면서 기포가 촉매 표면에 달라붙지 않게 된다.
또 원료 공급을 막지 않기 위해서 수송층의 아래쪽 절반은 코팅하지 않는 전략을 썼다.
실제 이 코팅 다공성 수송층을 적용한 수전해 셀의 경우, 코팅 없는 셀에 비해 전류 밀도가 40% 증가했다. 전류 밀도는 단위 시간 당 생산량과 비례하는 지표다. 수소 기체가 통로를 막아 발생하는 전압 상승도 완화됐다.
코팅 과정도 간편해 상용화도 유리하다. 별도의 나노 가공이나 복잡한 공정 없이 액체 상태 코팅제를 분사해 열처리만 하면 된다.
이동욱 교수는 “이번 기술은 수전해 장치 외에도 기체가 화학 반응에 관여하는 연료전지나 금속-공기전지 같은 전기화학 장치에서도 응용할 수 있을 것”이라고 말했다.
이다예기자 ties@ksilbo.co.kr
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