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차세대 수소 생산 전극 개발, 저비용 · 고효율의 새로운 길

환경분야: 기타
게시일: 2026.08.03

내용: ■ 차세대 수소 생산 전극 개발, 저비용 · 고효율의 새로운 길 – 탄소 배출 없는 수소, 그린수소의 부상
ㅇ 그린수소란?
- 그린수소는 생산 과정에서 탄소를 배출하지 않는 수소예요.
- 탄소중립 실현을 위한 대안으로 최근 주목받고 있어요.

ㅇ 주요 관련 기술 - 음이온 교환막 수전해
- 음이온 교환막 수전해는 니켈이나 철 같은 저렴한 촉매를 사용하여 물을 전기분해해 수소를 생산하는 방식이에요.

ㅇ 기존 수전해 방식인 다층 구조의 한계
- 음이온 교환막 수전해는 저렴한 촉매를 쓸 수 있다는 장점이 있지만, 구조적인 한계도 함께 안고 있어요.
음이온 교환막 수전해의 한계
- 전기 저항 발생: 여러 층을 겹쳐 만드는 구조여서 층 사이에서 전기 저항이 생겨요.
- 촉매층 분리 문제: 장시간 구동하면 촉매층이 떨어지는 문제가 발생해요.
- 물·기체 이동 불원활: 물 공급과 산소 이동이 원활하지 않아 효율이 떨어져요.

ㅇ 연구팀이 찾아낸 돌파구, 일체형 전극
- 최근 한국 연구팀이 니켈-철 합금 기반 다공성 전극(NiFe-f-PTL)을 새롭게 설계했어요.
- 이 전극은 미세한 구멍이 있는 다공성 구조 자체가 촉매와 전달층 역할을 동시에 수행해요. 여러 층을 쌓던 기존 방식과 달리, 하나의 구조가 두 가지 기능을 함께 맡는 거예요.
- 기존 한계 개선 결과: 전극과 막 사이 전기 손실 감소, 물 공급과 산소 기포 배출 성능 향상, 장시간 사용에도 전극 구조 안정성 유지

ㅇ 그렇다면 이 전극은 어떻게 만들까요?
- 다공성 전극은 테이프 캐스팅(tape casting) 공정으로 만들어져요. 이 방식은 대면적·대량 생산에도 유리해요.
- STEP 1: 금속 분말을 얇은 시트 형태로 성형
- STEP 2: 열처리를 거쳐 스펀지처럼 미세한 구멍이 많은 다공성 구조 형성
- STEP 3: 전극 두께와 기공 구조를 균일하게 조절해 완성

ㅇ 수치로 증명된 성능과 내구성
- 연구팀은 전극·막·부품을 조립한 수소 생산 단위 장치인 수전해 셀을 직접 만들어 성능을 검증했어요.
- 성능 수치: 80℃, 1.0M 수산화칼륨(KOH) 환경에서 1.8V 기준 6.73A/cm²의 높은 전류밀도를 기록했어요.
- 내구성 수치: 동일한 전극을 교체하지 않은 상태로 총 2,142시간 연속 구동-구조와 성능이 안정적으로 유지됐어요.
* 수산화칼륨(KOH): 알칼리성 전해질로, 음이온 교환막 수전해에서 이온 전도를 돕는 용액
** 전류밀도(A/cm2): 단위 면적당 흐르는 전류의 양. 수치가 높을수록 같은 크기의 전극에서 더 많은 수소를 생산할 수 있

ㅇ 차세대 그린수소 생산의 핵심 기술로
- 이번에 개발된 전극은 차세대 대용량 그린수소 생산 시스템의 핵심 기술로 활용돼 고효율·저비용 수소 생산 장치 개발에 기여할 것으로 기대돼요.
- 저렴한 소재와 단순화된 공정을 기반으로 한 이 접근은, 실험실을 넘어 산업 현장으로 나아갈 가능성을 보여주고 있어요.

출처ㅣZDNet Korea 보도자료(GIST-건국대-화학연, 저비용·고효율 차세대 수소 생산 전극 개발, 2026.05.26, https://zdnet.co.kr/view/?no=20260526075347)
출처ㅣ전자신문 보도자료("구조·공정은 단순, 성능·수명은 더 강력"…GIST, 저비용·고효율 차세대 수소 생산 전극 개발, 2026.05.26, https://www.etnews.com/20260526000027)
출처ㅣGIST 보도자료(제목·날짜 확인 필요, https://www.gist.ac.kr/kr/html/sub07/070102.html?mode=V&no=221690)
태그: #그린수소 #수소생산전극 #음이온교환막수전해 #니켈철합금다공성전극 #탄소중립