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자석 갖다대는 것만으로도 수소 전기분해 효율 2배 높인다

2019년 06월 11일 07:43
이미지 확대하기호세 갈란 마스카로스 스페인 카탈루나 화학 연구소 교수 연구팀은 자기장을 활용해 수소 전기분해 효율을 최대 2배까지 높일 수 있다고 밝혔다. 자기장을 가을 때(오른쪽) 수소 기포가 더 많이 발생하는 것을 볼 수 있다. 카탈루냐화학연구소 제공
호세 갈란 마스카로스 스페인 카탈루나 화학 연구소 교수 연구팀은 자기장을 활용해 수소 전기분해 효율을 최대 2배까지 높일 수 있다고 밝혔다. 자기장을 가했을 때(오른쪽) 수소 기포가 더 많이 발생하는 것을 볼 수 있다. 카탈루냐화학연구 제공

자석을 갖다 대는 것만으로 수소를 얻기 위한 전기분해 효율을 2배로 끌어올리는 방법이 개발됐다.

 

호세 갈란 마스카로스 스페인 카탈루냐 화학 연구소 교수 연구팀은 자기장을 활용하면 수소를 얻기 위한 전기분해 효율을 최대 2배까지 높일 수 있다는 연구결과를 이달 10일 국제학술지 ‘네이처 에너지’에 발표했다.

 

수소를 에너지원으로 활용하는 수소 경제가 주목받기 시작하면서 저렴한 수소를 만드는 방법에 관심이 쏠리고 있다. 물을 전기분해 해 수소를 얻는 전기분해법은 거의 무한한 자원인 물을 사용할 뿐 아니라 공정도 간단한 장점이 있으나 상용화되기까지는 효율이 떨어진다는 단점이 있었다.

 

연구팀은 자기장이 없을 때와 영구자석인 네오디뮴 자석을 전해조에 접근시켜 자기장을 발생시킨 후 전기분해 정도를 비교했다. 0.4 테슬라(mT) 크기의 약한 자기장을 가했을 때에도 전류 발생량은 촉매에 따라 최대 2배까지 늘었다. 전기분해가 발생하면 산소 이온의 전자가 전극을 타고 이동하며 수소 이온으로 전해져 수소가 수소 분자로 환원된다. 이 과정에서 전류도 발생하게 된다.

 

연구팀은 자기장이 반응 동안 산소 이온의 스핀을 평행하게 정렬시켜 산소 분자로 환원되기 쉽게 만드는 것으로 분석했다. 이 현상은 전기분해되는 물이 염기성 특성을 보일수록 더 강하게 나타났다.

 

촉매 활성 향상도는 촉매의 자성 특성에 비례하는 것으로 나타났다. 연구팀은 8개의 촉매를 실험해 봤는데 니켈아연철산화물(NiZnFe₄Ox)이 자성이 가장 큰 자성재료로 효과가 가장 컸다. 이 자성재료는 물리적으로 전극에 부착할 필요 없이 자기력만을 갖고도 전극 지지체에 붙일 수 있다는 장점도 있다고 연구팀은 덧붙였다.

 

갈란 마스카로스 교수는 “이 단순한 기술은 전기분해로 수소를 만들 때 자기력으로 수소 발생량을 늘릴 새로운 기회를 열어준다”며 “저렴한 비용으로 산업용 응용에도 적합하다”고 말했다.

 

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