염분차발전 효율·경제성 개선하는 전극소재 개발
염분차발전 효율·경제성 개선하는 전극소재 개발
  • 채덕종 기자
  • 승인 2020.03.11 07:47
  • 댓글 0
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에기硏, 역전기투석 염분차발전용 전극소재 합성기술 개발 성공
표면과학 분야의 권위지인 ‘Applied Surface Science’에 논문 게재
▲정남조 책임연구원
▲정남조 책임연구원

[이투뉴스] 염분차발전의 효율과 경제성을 향상시킬 수 있는 전극소재 합성기술이 우리 연구진에 의해 개발됐다. 한국에너지기술연구원(원장 김종남) 해양융복합연구팀 정남조 박사는 염분차발전용 전극소재 합성기술 개발 결과를 표면과학 분야 세계적 권위지인 ‘어플라이드 서피스 사이언스(Applied Surface Science)’에 게재했다.

역전기투석(RED, Reverse Electrodialysis) 염분차발전은 스택 내의 이온교환막을 통해 바닷물과 민물 사이의 이온이 분리되고, 이동할 때 발생하는 전위차를 이용해 전기를 생산하는 원리다. 전력 생산에 변동성이 없고 이용률이 100%에 달하는 청정에너지 생산기술로 최근 세계적으로 기술개발이 활발히 진행되고 있다.

염분차발전을 위한 전극촉매는 전기화학 반응을 발생시켜 시스템의 전자 이동을 유도해 전기를 생성하는 역할을 한다. 그러나 대부분이 백금과 같은 고가 소재를 사용하고 있어 관련 기술의 경제성 확보를 위해선 대체 가능하며 저렴한 전극소재 합성기술 개발이 요구되어 왔다.

이를 극복하기 위해 연구진은 전극촉매의 전기화학 반응 활성을 돕는 집전체의 성분(금속 및 탄소)과 구조(1차원, 2차원, 3차원)에 상관없이 주 촉매반응 부위가 표면에 많이 분포돼 고활성이면서 가격도 저렴한 이황화몰리브덴 박막을 집전체에 합성하는 기술개발에 성공했다.

기존 합성방식은 집전체 구조가 복잡하고 대면적일수록 전극촉매의 합성 불균일성이 두드러지게 발생한다. 이는 반응 활성의 불균일성으로 이어져 성능감소 및 소재의 불안정성을 초래하고 전구체 손실 또한 크다.

반면 연구진은 합성을 위해 공급된 전구체가 반응기 내에서 공급량에 따라 자가 기화압에 의해 집전체 구조와 상관없이 모든 표면에 균일한 농도 분포유지가 가능한 합성장치 구현에 성공했다. 이에 따라 사용된 전구체 손실을 최소화하면서 매우 균일한 농도로 합성 가능한 최고 수준의 전극 성능을 얻을 수 있었다.

▲논문 대표 이미지인 역전기투석 시스템 적용 시 전극에서의 전기화학 반응과 전자 이동 원리.
▲논문 대표 이미지인 역전기투석 시스템 적용 시 전극에서의 전기화학 반응과 전자 이동 원리.

이번에 에기연 연구진이 개발한 기술은 대면적으로 생산 가능한 방식으로 합성돼 여러 분야에 적용할 수 있는 것이 특징으로, 향후 염분차발전 이외 다양한 응용분야에서의 활용 및 상용화에도 크게 기여할 것으로 기대된다.

논문의 주저자인 정남조 에너지기술연구원 책임연구원은 “전극소재 합성기술 개발로 수입 의존도가 크고 고가인 수처리 분야의 전극소재를 대체해 관련 국산화 개발에 큰 기여를 할 수 있을 것”이라며 “염분차발전기술의 선도연구그룹으로 위상을 확인한 것도 의미가 크다”고 말했다.

채덕종 기자 yesman@e2news.com 
 


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