한국에너지기술연구원　SCI 융합연구단 한지형 박사 연구팀이 고전류 환경에서도 장기간 안정적이고 효율적인 탄소섬유 기반의 고성능 전극을 개발했습니다.

탄소섬유를 이용한 해수 수전해 전극으로는 세계 최초로 500 mA/cm²의 고전류 조건에서 800시간 이상 연속 장기 운전에 성공해 상용화 가능성을 높였습니다.

연구진은 부식에 강하고 경제적인 탄소섬유를 기반으로 촉매의 성능을 극대화하는 연구를 수행했습니다.

탄소섬유 지지체를 100°C 고농도 질산에서 정밀 산 처리하는 과정에서 발생하는 농도 변화 문제를 해결하기 위해 전용 용기를 독자적으로 설계하여 표면의 균일성을 높였습니다.

이 과정을 통해 탄소섬유는 친수성이 향상되어 촉매 물질인 코발트, 몰리브덴, 루테늄 이온이 고르게 분산될 수 있도록 유도했습니다.

개발된 촉매는 값비싼 귀금속 루테늄의 사용량을 전체 촉매 무게의 1%로 최소화하면서도 과전압(반응에 필요한 과도한 전압)을 기존 대비 약 25% 낮추었습니다.

이를 통해 동일한 전류 조건에서 약 1.3배 효율적으로 수소를 생산할 수 있게 되었습니다.

특히, 개발된 전극은 고전류 조건에서도 800시간 이상 연속 작동하면서 성능 저하 없이 우수한 내구성을 보였고, 촉매의 금속 성분이 용출되지 않아 높은 내식성과 구조적 안정성을 입증했습니다.

연구팀은 또한 산업 현장에서 요구되는 25cm²의 대면적 전극 합성에도 성공하여 실질적인 실용화 가능성을 보여주었습니다.

한지형 박사는 “이번 연구는 탄소섬유 기반 전극이 고전류 환경에서도 산업적 요구 조건을 만족시킬 수 있음을 세계 최초로 입증한 사례”라며, “앞으로 1,000시간 이상의 연속 운전 평가와 대형 셀의 모듈화 및 스택화를 위한 연구를 통해 산업계와 협력하여 상용화를 위한 기술 검증을 지속적으로 추진할 계획”이라고 밝혔습니다.

이번 연구는 과학기술정보통신부 산하 국가과학기술연구회(NST)의 지원을 받아 수행됐으며, 연구 결과는 국제 저명 학술지인 Applied Surface Science(Elsevier) 2025년 5월 온라인판에 게재됐습니다.

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