[가스신문=남영태 기자] 울산과학기술원 김건태 에너지 및 화학공학부 교수팀이 기존보다 적은 전기를 사용해 더 많은 수소를 생산할 수 있는 수전해전지를 개발했다.

울산과학기술원(UNIST)은 14일 김건태 교수팀과 한국에너지기술연구원 임탁형 박사, 숙명여대 신지영 교수가 공동으로 물을 전기분해해 수소를 얻는 ‘하이브리드 고체산화물 수전해장치(Hybrid-SOEC)’를 개발했다고 밝혔다.

SOEC는 두 전극과 전해질이 모두 고체로 이뤄져, 구조가 간단하고 전해질 보충이나 부식 문제가 없다. 또 고온에서 작동해 화학반응에 필요한 전기 에너지도 줄일 수 있다는 장점이 있다.

김건태 교수팀은 이번 연구를 통해 한 쪽 전극에서만 일어나던 물의 전기분해 반응을 두 전극 모두에서 일으킬 방법을 찾아냈고, 이는 기존 전해질의 숨겨진 특성을 발현시킨데 있다고 밝혔다.

또한 연구팀에 따르면 이론적으로 두 이온이 모두 지나다니는 전해질을 사용하면 양쪽 전극에서 모두 물의 전기분해가 일어나, 수소 생산 성능도 크게 향상시킬 수 있다. 이 점에 주목해 전해질 특성 조절에 초점을 맞췄다는 것이 연구팀의 설명이다.

제1저자인 김준영 UNIST 에너지공학과 박사과정 연구원은 “수소이온 전도성 전해질의 구동 환경을 제어하면 두 이온이 지나다니는 ‘혼합 이온 전도성 전해질’을 구현할 수 있다”면서 “이 전해질을 처음 도입한 SOEC에서는 양쪽 전극에서 물의 전기분해가 일어나 수소 생산량이 크게 증가했다”고 말했다.

SOEC의 전극으로는 전기화학 특성이 우수한 ‘이중층 페로브스카이트’가 채용됐다. 혼합 이온 전도성 전해질에 우수한 전극 물질까지 더해 성능을 극대화시킨 것이다.

그 결과 연구팀은 700℃에서 1.5V 전압을 걸었을 때, 전지면적 1㎠당 1시간에 1.9L의 수소를 생산하는 성능을 보여, 기존 최고 효율의 수전해전지보다 약 4배 정도 높은 수소생산 효율을 보였다고 밝혔다.

김건태 교수는 “기존 수전해 장치들과 성능을 비교해도 수소생산에 필요한 전기 에너지가 가장 적었다”며 “물을 직접 분해하기 때문에 산소와 수소 외에 오염물질을 전혀 배출하지 않는데다 전기소모량까지 적어 효과적인 장치”라고 강조했다.

또 그는 “신재생에너지로 만든 전기로 물을 분해해 수소를 생산하면, 전 과정에서 오염물질을 전혀 배출하지 않는 것은 물론 에너지 저장도 가능하다”며 “이번 연구는 친환경적인 수소 생산 장치 개발과 상용화에 크게 기여해 수소 기반 사회를 앞당길 것”이라고 기대했다.

한편, 이번 연구는 에너지분야의 권위지인 ‘나노 에너지(Nano Energy)' 지난 5일자 온라인 속보로 공개됐다.