“철솜으로 수소를 만든다” — 조선대, 생산비 99% 낮춘 수전해 전극 기술 개발

비귀금속 기반 Fe–Ni 이중수산화 전극 구현… 400시간 고전류 내구성 입증하며 산업용 수전해 상용화 앞당겨

조선대학교 생명화학공학과 안성훈 교수 연구팀이 백금(Pt)·이리듐(Ir) 같은 고가의 귀금속 촉매를 대체할 수 있는 철 기반 수전해 전극 기술을 개발했다. 연구팀은 일상에서 구할 수 있는 ‘철솜(스틸울)’을 활용해 전극 제작 비용을 기존 대비 최대 99%까지 낮추는 데 성공했으며, 산업용 수소 생산의 실질적 대안 기술로 주목받고 있다. 이번 연구 성과는 국제 저명 학술지 Advanced Functional Materials에 게재됐으며, 산업용 수전해 기술의 비용 문제를 근본적으로 해결할 수 있는 경쟁력 있는 솔루션으로 평가받고 있다.

연구팀은 철솜을 부식(산화) 처리해 자연적으로 형성되는 니켈–철 이중수산화 촉매층(Fe–Ni LDH)을 전극 활성층으로 활용했다. 이 방식은 별도의 고가 촉매를 도입할 필요 없이, 철 표면의 산화 반응을 이용해 촉매 구조를 형성하는 원가 절감형 기술이다. 섬유형 다공성 구조를 지닌 철솜은 전기적 전도성이 우수하고 물과 기체가 흐르기 쉬운 구조를 갖고 있어 수전해 반응에서 발생하는 기포 배출이 원활하다. 이는 전극의 에너지 손실을 낮추고 고부하 환경에서도 안정적인 성능을 유지하도록 만든 핵심 요인이다.

실제 산업용 수전해 장치 환경을 모사한 실험에서 연구팀의 Fe–Ni 전극은 30암페어 이상의 고전류를 400시간 이상 유지하며 탁월한 내구성을 확인했다. 이는 상용 귀금속 촉매 기반 전극 대비 매우 높은 안정성을 보여주는 결과로, 산업용 수전해 시스템으로 바로 확장할 수 있는 성능 수준이라는 평가를 받는다. 연구팀은 “단순히 비용을 절감한 저가형 소재가 아니라, 실제 산업 적용이 가능한 고성능 전극을 구현했다는 점이 핵심”이라고 설명했다.

이번 논문은 조선대 학부연구원 장신영(졸업생), 김진홍(4학년) 학생이 각각 제1저자·공동저자로 이름을 올린 학부 중심 연구팀의 성과다. 전 과정이 조선대학교 연구실 내에서 진행된 점은 교육·연구 통합 모델의 효과를 보여준다.

안성훈 교수의 연구팀은 올해 초 같은 저널에 아연–공기 전지 관련 논문을 발표한 데 이어, 두 차례 연속 세계 상위 저널에 학부연구원이 주도한 논문을 게재하는 성과를 올렸다.

안 교수는 이번 기술이 “값싼 철 기반 전극을 통해 산업용 수전해 시스템의 상용화를 본격 앞당기는 전환점이 될 것”이라고 평가했다. 또한 “국내외 기업과의 기술 이전 및 시제품 개발을 통해 그린수소 생산 단가를 획기적으로 낮출 기반을 마련하겠다”고 밝혔다. 이번 연구는 한국연구재단 우수신진연구사업의 지원으로 수행됐으며, 기계·화학·전기화학이 융합된 차세대 수소에너지 기술로 자리매김하고 있다.

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