재료연·포스텍, 초박막 코팅으로 수전해 촉매 성능 1.9배 향상

전기신문 · 2026년 10월 8일 · EnergyNews 요약

한국재료연구원 양주찬 박사 연구팀과 포스텍 기계공학과 안지환 교수 연구팀이 수전해 촉매 표면에 초박막 코팅층을 형성해 성능과 내구성을 함께 높이는 기술을 개발했다고 밝혔다. 연구팀은 페로브스카이트 촉매 표면에 약 5나노미터(nm) 두께의 니켈·철 기반 수산화물 코팅층을 형성했으며, 이를 음이온교환막 수전해(AEMWE) 장치에 적용해 기존 촉매 대비 약 1.9배 향상된 성능을 확인했다.

1000시간 장기 운전 후에도 코팅층이 유지됐고, 금속 성분의 용출과 재침착 간 균형으로 구조가 안정적으로 유지되는 원리를 실시간 분석과 이론계산으로 규명했다. 코팅층은 용액에 촉매를 담갔다가 건조하는 방식으로 형성되며, 연구팀은 대면적 전극과 산업용 수전해 시스템으로의 확대 가능성을 제시했다.

연구는 국가과학기술연구회·한국연구재단·한국에너지기술평가원의 국가연구개발사업 지원으로 수행됐고, 결과는 'Advanced Energy Materials'에 게재됐다.

이 글에 나온 용어

수전해

water electrolysis

수전해는 물(H2O)에 전기를 흘려 수소(H2)와 산소(O2)로 분해하는 기술입니다. 화석연료 개질 방식과 달리 반응 자체에서 이산화탄소가 나오지 않기 때문에, 투입 전력이 무탄소 전원이면 생산된 수소도 무탄소 수소로 분류됩니다. 성능은 보통 수소 1 kg를 만드는 데 필요한 전력량(kWh/kg)으로 표시하며, 물을 수소와 산소로 나누는 데 필요한 이론상 최소 에너지는 약 39.4 kWh/kg입니다. 실제 설비는 손실 때문에 이보다 더 많은 전력을 쓰며, 설비 규모는 전기 입력 기준 kW 또는 MW로 표기합니다. 재생에너지 출력이 남는 시간대에 전력을 흡수해 수소로 저장하는 수단으로도 검토되며, 이 경우 설비 이용률이 경제성의 핵심 변수가 됩니다.

페로브스카이트

perovskite

페로브스카이트는 ABX₃ 형태의 결정 구조를 가리키는 이름이며, 태양광 분야에서는 이 구조를 갖는 금속 할라이드 화합물을 광흡수층으로 쓰는 태양전지를 뜻한다. 용액을 바르거나 인쇄하는 저온 공정으로 박막을 만들 수 있어, 고온·고진공 공정이 필요한 결정질 실리콘과 제조 방식이 다르다. 조성을 바꿔 빛을 흡수하는 파장 대역(밴드갭)을 조절할 수 있다는 점이 특징이어서, 실리콘 셀 위에 페로브스카이트 셀을 올려 서로 다른 파장을 나눠 흡수하게 하는 탠덤 구조 연구가 활발하다. 이 방식은 단일 접합 셀의 이론적 효율 한계를 넘어설 수 있는 경로로 다뤄진다. 다만 수분·산소·열·자외선에 의한 열화와 대면적 균일 코팅이 상용화 단계에서 검증 대상이며, 내구성은 IEC 61215 같은 표준 시험 절차로 평가한다.

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연구 결과는 그린수소가 전력 조달 방식 최적화만으로는 경제성을 확보하기 어렵고 장기 수익 보장 제도가 변수임을 수치로 제시한다. 프랑스의 예산법안과 유럽 내 연료전지 철도·항만 장비 수주는 수소 수요처 형성 단계의 지원 제도와 실제 적용 사례를 함께 보여준다.

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