그린수소 생산원가 절감 기술 개발

그린수소 생산원가 절감 기술 개발

타임 스탬프 : 2 년 2023 월 5 일 25:XNUMX AM
소스 노드 : 2700260
02 년 2023 월 XNUMX 일 (나노 워크 뉴스) 화석연료를 사용하지 않고, 이산화탄소를 배출하지 않고 수소를 생산하는 그린수소는 최근 탈탄소경제 실현을 위한 노력의 일환으로 그 중요성이 더욱 커지고 있습니다. 그러나 녹색수소를 생산하는 물전기분해장치는 생산단가가 높기 때문에 녹색수소의 경제성은 그다지 높지 않았다. 고분자 전해질막 물 전기분해 장치에 사용되는 이리듐, 백금 등 희소금속의 사용량을 획기적으로 줄이는 기술 개발로 생산단가를 낮출 수 있는 길이 열리고 있다. 한국과학기술연구원(KIST) 수소 및 연료전지연구센터 박현석·유성종 박사 연구팀이 백금과 연료전지의 양을 획기적으로 줄일 수 있는 기술을 개발했다고 밝혔다. 고분자 전해질막 물 전기분해 장치의 전극 보호층에 사용되는 귀금속인 이리듐을 사용하여 기존 장치와 동등한 성능과 내구성을 확보합니다.적용된 촉매 B 환경, “백금족 금속 사용량을 최소화한 고성능 물 전해조: 안정적이고 효율적인 산소 발생 반응을 위한 질화철-산화이리듐 코어-쉘 나노구조”). fe2n 촉매의 모양 신기술(적-이리듐 촉매/녹-질화철)로 만든 촉매 형상. (사진=한국과학기술연구원) 특히, 연구진은 백금과 금을 전극 보호층으로 많이 사용하는 구조를 유지하면서 이리듐 촉매의 사용량을 줄이는 데 중점을 둔 기존 연구와 달리 귀금속 촉매를 대체했다. 저렴한 가격의 질화철로 표면적이 넓고 그 위에 소량의 이리듐 촉매를 균일하게 코팅한 전극 보호층으로 전기분해장치의 경제성을 크게 높인다. 고분자전해질막 물 전기분해장치는 태양광 등 신재생에너지로 공급되는 전기를 이용하여 물을 분해하여 고순도의 수소와 산소를 생산하는 장치로, 철강, 화학 등 다양한 산업에 수소를 공급하는 역할을 한다. 또한, 재생에너지를 수소에너지로 저장하는 것은 에너지 전환에 유리하므로, 녹색수소경제 실현을 위해서는 이 장치의 경제성을 높이는 것이 매우 중요하다. 일반적인 전기분해장치에는 수소와 산소를 생산하는 전극이 1개 있는데, 부식성이 강한 환경에서 작동하는 산소발생 전극의 경우 전극 표면에 금이나 백금을 XNUMXmg/cmXNUMX로 코팅한다.2 내구성과 생산 효율성을 보장하는 보호층으로, 1~2 mg/cm2 이리듐 촉매가 코팅되어 있습니다. 이러한 전기분해 장치에 사용되는 귀금속은 매장량과 생산량이 매우 낮아 녹색수소 생산 장치의 광범위한 채택을 방해하는 주요 요인입니다. 전극 제조 공정의 개략도 이 개발을 위한 전극 제조 공정의 개략도. (사진=한국과학기술연구원) 연구팀은 물 전기분해의 경제성을 향상시키기 위해 고분자전해질 수소제조장치에서 산소전극 보호층으로 사용되는 희소금속인 금과 백금을 저렴한 질화철(Fe)로 대체했다.2N). 이를 위해 연구팀은 전기 전도도가 낮은 산화철을 전극에 균일하게 코팅한 후, 산화철을 질화철로 전환해 전도성을 높이는 복합 공정을 개발했다. 연구팀은 질화철 보호층 위에 이리듐 촉매를 약 25나노미터(nm) 두께로 균일하게 코팅해 이리듐 촉매의 양을 0.1mg/cm 미만으로 줄이는 공정도 개발했다.2, 높은 수소 생산 효율과 내구성을 갖춘 전극이 탄생했습니다. 개발된 전극은 기존 상용 전기분해 장치와 유사한 성능을 유지하면서 산소 발생 전극의 보호층으로 사용되는 금이나 백금을 비귀금속 질화물로 대체하고, 이리듐 촉매의 사용량을 기존 수준의 10%로 줄인다. 또한, 새로운 구성품을 적용한 전기분해 장치를 100시간 이상 가동해 초기 안정성을 검증했다. “고분자전해질막 녹색수소 제조장치의 경제적이고 폭넓은 활용을 위해서는 이리듐 촉매의 사용량을 줄이고 백금 보호층을 대체할 소재를 개발하는 것이 필수적이며, 백금 대신 저렴한 질화철을 사용하는 것은 큰 의의가 있다”고 말했다. KIST 박현석 박사. “전극의 성능과 내구성을 좀 더 관찰한 뒤, 가까운 시일 내에 상용기기에 적용할 예정이다.”

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