KPI뉴스 - "수소 생산 촉매 전극, 국수 가락처럼 뽑아낸다"

  • 맑음장수14.9℃
  • 맑음보령20.4℃
  • 흐림북부산24.4℃
  • 맑음고창19.7℃
  • 흐림서귀포24.9℃
  • 맑음해남21.2℃
  • 맑음제천14.8℃
  • 맑음구미20.1℃
  • 맑음홍성19.8℃
  • 흐림영천22.4℃
  • 맑음금산17.4℃
  • 맑음영주16.1℃
  • 맑음인제19.8℃
  • 맑음순창군18.7℃
  • 흐림양산시24.4℃
  • 맑음광양시22.8℃
  • 흐림대관령15.8℃
  • 맑음안동16.6℃
  • 맑음남원21.6℃
  • 흐림경주시23.0℃
  • 맑음강릉20.0℃
  • 흐림울산23.3℃
  • 구름많음북창원23.9℃
  • 맑음울릉도22.3℃
  • 맑음의성17.5℃
  • 맑음고창군19.3℃
  • 맑음춘천16.3℃
  • 맑음전주20.7℃
  • 맑음인천21.6℃
  • 맑음목포23.8℃
  • 맑음충주16.7℃
  • 맑음순천16.4℃
  • 맑음울진21.6℃
  • 맑음영광군20.0℃
  • 흐림제주24.6℃
  • 맑음거창16.6℃
  • 구름많음보성군20.3℃
  • 맑음정읍20.9℃
  • 맑음산청18.5℃
  • 맑음부여20.1℃
  • 흐림부산24.3℃
  • 맑음문경16.6℃
  • 맑음봉화19.9℃
  • 맑음파주18.0℃
  • 맑음임실16.2℃
  • 구름많음의령군20.2℃
  • 맑음천안18.1℃
  • 흐림김해시24.2℃
  • 맑음합천19.5℃
  • 맑음수원20.7℃
  • 구름많음강진군21.1℃
  • 맑음보은15.9℃
  • 맑음흑산도24.7℃
  • 맑음광주22.0℃
  • 구름많음대구22.1℃
  • 맑음진주20.3℃
  • 흐림포항24.2℃
  • 맑음함양군16.7℃
  • 구름많음태백16.7℃
  • 맑음군산21.7℃
  • 흐림고산24.8℃
  • 맑음속초21.7℃
  • 맑음북춘천16.6℃
  • 구름많음창원23.5℃
  • 구름많음밀양23.7℃
  • 맑음영월17.0℃
  • 맑음정선군18.5℃
  • 구름많음장흥20.1℃
  • 맑음서산19.8℃
  • 맑음동해21.0℃
  • 맑음철원16.5℃
  • 맑음완도23.0℃
  • 흐림진도군23.2℃
  • 구름많음여수23.8℃
  • 맑음동두천18.8℃
  • 구름많음영덕21.6℃
  • 맑음대전20.2℃
  • 맑음강화20.3℃
  • 흐림원주20.2℃
  • 구름많음남해23.2℃
  • 흐림성산25.6℃
  • 구름많음통영23.2℃
  • 맑음북강릉19.7℃
  • 맑음추풍령16.4℃
  • 맑음청주22.1℃
  • 맑음홍천18.3℃
  • 맑음백령도21.0℃
  • 맑음서울20.4℃
  • 구름많음청송군18.1℃
  • 흐림양평20.4℃
  • 흐림이천20.1℃
  • 맑음부안21.1℃
  • 맑음상주18.6℃
  • 흐림고흥24.0℃
  • 맑음서청주17.2℃
  • 맑음세종19.7℃
  • 흐림거제23.7℃

"수소 생산 촉매 전극, 국수 가락처럼 뽑아낸다"

최재호 기자 Google구글에서 선호하는 출처로 추가
기사승인 : 2026-06-07 09:18:31
UNIST, 루테늄 촉매 품은 탄소섬유 전극 연속 제조 기술 개발

물에서 수소를 생산하는 촉매 전극을 국수 가락 뽑듯 제조하는 기술이 울산과학기술원 연구팀에 의해 새롭게 개발됐다. 내구성과 반응성이 뛰어난 섬유형 수소 생산 전극을 대량으로 생산할 수 있는 길이 열렸다.

 

▲ 채한기·백종범 UNIST 교수(왼쪽부터), 자페르 야부즈 KAUST 교수, 이가현 UNIST 박사, 김석진 KAUST 연구교수 [울산과학기술원 제공]

 

UNIST는 신소재공학과 채한기 교수팀과 에너지화학공학과 백종범 교수팀이 킹압둘라과학기술대학교(KAUST) 자페르 야부즈(Cafer T. Yavuz) 교수팀과 공동으로 루테늄 촉매를 탄소섬유 안에 균일하게 넣은 섬유형 수소 생산 전극 제조 기술을 개발했다고 7일 밝혔다.


물을 분해해 수소를 얻는 수전해 장치의 전극은 보통 전기가 잘 통하는 기판 위에 촉매를 발라 만든다. 촉매를 바를 때 접착제를 섞게 되는데, 접착제가 촉매 표면을 가려 반응을 방해할 수 있다. 반면 탄소섬유를 얽어서 전극을 만들면 섬유 자체가 전도체 역할을 할 수 있고, 섬유 사이로 물과 전해질도 잘 드나들고, 생성물인 수소도 빠르게 빠져나갈 수 있다.


개발된 기술은 이러한 섬유에 촉매를 쉽게 넣어 전극을 대량 생산할 수 있는 기술이다. 섬유를 먼저 만든 뒤 촉매를 따로 입히는 방식이 아니라 촉매를 섬유 원료에 넣어 함께 뽑아내는 방식이다.


탄소섬유 원료인 고분자 용액과 루테늄 촉매 원료를 섞은 되직한 액체를 노즐로 밀어내 실처럼 뽑고, 이를 열처리해 만든다. 루테늄 성분이 이 과정에서 탄소 섬유 안팎에 작은 촉매 입자로 자리잡게 된다.


관건은 루테늄 성분이 들어간 고분자 용액을 끊기지 않고 섬유로 뽑아내는 일이었다. 탄소섬유 원료 고분자에 금속 성분을 섞으면 쉽게 뭉치거나 용액이 굳어져, 작은 노즐로 길고 균일하게 뽑아내기 어렵다. 연구팀은 탄소섬유 원료 고분자와 루테늄 성분이 서로 적당히 붙도록 조절해, 촉매가 고르게 섞인 상태로 섬유를 뽑을 수 있는 조건을 찾아낼 수 있었다.


연구팀은 섬유 안에 있는 촉매가 표면에 더 드러날 수 있도록 산소 플라즈마 처리를 거쳐 전극을 완성했다. 완성된 전극을 수전해 장치에 적용한 실험 결과, 고전류 환경에서도 내구성이 뛰어났다. 전극은 500 mA cm⁻²의 높은 전류 조건에서 170시간 동안 계속 작동했으며, 수소 기체가 계속 발생하는 동안에도 전극 형태를 유지했다. 또 전극에 입혀진 촉매 자체의 성능을 평가하는 실험에서는 상용 백금 촉매보다 우수한 성능을 보였다.


이번 연구는 UNIST 이가현 박사, KAUST 김석진 연구교수가 제1저자로, UNIST 백인경 연구원이 공동 저자로 참여했다.


연구팀은 "이번 연구는 루테늄 촉매가 들어간 고분자 용액을 섬유로 뽑아내는 조건을 찾고, 금속 성분이 열처리 과정에서 나노입자로 자리 잡는 과정을 함께 규명했다는 데 의미가 있다"며 "실험실 수준에 머물던 섬유형 촉매 전극 제조를 대규모 롤투롤 연속 공정으로 확장할 수 있는 기반을 마련했다"고 설명했다.


채한기 교수는 "이번 기술은 금속 촉매를 탄소섬유 안에 균일하게 넣어 전극의 구조적 안정성을 높인 것이 특징"이라며 "수전해 전극뿐 아니라 안정성과 균일한 반응성이 중요한 다양한 촉매 분야로도 확장될 수 있을 것"이라고 말했다.


이번 연구는 과학기술정보통신부와 교육부가 지원하고 한국연구재단이 주관하는 중견연구자 지원사업(개인기초연구), 리더연구자지원사업(창의연구)을 통해 수행되었으며, 연구 성과는 미국화학회(ACS)가 발행하는 나노·소재 분야 최상위 국제 학술지인 '에이씨에스 나노(ACS Nano; Impact Factor: 16.1, Cite Score: 24.2)' 에 5월 19일 출판됐다.

 

KPI뉴스 / 최재호 기자 choijh1992@kpinews.kr  

[저작권자ⓒ KPI뉴스. 무단전재-재배포 금지]