물 잘 빨아들이는 고분자 코팅해 전기분해 효율 5배 높인다

2020.04.16 17:18

 

울산과학기술원(UNIST) 에너지 및 화학공학부 류정기 교수(왼쪽)와 이동욱 교수 공동연구팀은 고분자 젤을 전기분해용 전극에 코팅해 수소 생산효율을 5배 높이는 기술을 개발했다. UNIST 제공
울산과학기술원(UNIST) 에너지 및 화학공학부 류정기 교수(왼쪽)와 이동욱 교수 공동연구팀은 고분자 젤을 전기분해용 전극에 코팅해 수소 생산효율을 5배 높이는 기술을 개발했다. UNIST 제공

전극 표면에 물을 잘 빨아들이는 고분자 물질을 코팅해 전기분해 효율을 5배 높인 기술이 개발됐다.

 

울산과학기술원(UNIST) 에너지 및 화학공학부 류정기 교수와 이동욱 교수 공동연구팀은 고분자 젤을 전기분해용 전극에 코팅해 수소 생산효율을 5배 높이는 기술을 개발했다고 이달 16일 밝혔다.

 

물을 전기분해하면 전극표면에서 수소와 산소 기체가 발생한다. 기체는 전극표면에 기포 형태로 달라붙는데 많이 달라붙을수록 반응이 일어날 면적이 줄어 기체 발생 효율이 떨어진다. 전극 표면의 기체를 제거해야 전기분해 효율이 높아지게 된다.

 

연구팀은 수 마이크로미터(㎛·100만분의 1m) 크기의 구멍이 뚫린 수화 젤을 전극표면에 코팅했다. 수화 젤은 자기 부피의 수십 배 이상의 물을 머금을 수 있는 고분자물질이다. 수화 젤을 코팅하면 표면에 물이 더 잘 붙게 돼 물 속 공기방울이 물에 밀려나 전극표면에 잘 붙지 않게 된다. 류 교수는 "다공성 젤을 이용한 이유는 표면이 울퉁불퉁해야 붙지 않을 뿐 아니라 공기 방울의 접촉각 때문에 표면을 타고 미끄러져 내려가기 때문"이라고 말했다. 

 

기존 전극이 1㎠ 면적당 전류 50밀리암페어(mA)를 만드는 데 반해 수화 겔을 코팅한 전극은 1㎠당 250mA를 만드는 것으로 나타났다. 전류가 많이 흐를수록 전기분해가 더 많이 일어나게 된다.

 

기존 전극(왼쪽)과 전극에 수화 겔을 코팅한 전극의 모습이다. 수화 겔을 코팅했더니 기체 방울이 튕겨나가는 모습을 볼 수 있다. UNIST 제공
기존 전극(왼쪽)과 전극에 수화 겔을 코팅한 전극의 모습이다. 수화 겔을 코팅했더니 기체 방울이 튕겨나가는 모습을 볼 수 있다. UNIST 제공

류 교수는 “고분자물질은 수전해 효율을 낮춘다고 생각해 전극에 쓰인 적 없었지만 표면을 코팅하는 방식으로 활용해 수전해 방식의 단점을 해소했다”고 말했다. 이 교수는 “젤 코팅을 이용해 다양한 고체 표면에 기체를 밀어내는 성질을 구현한 첫 연구로 수전해뿐 아니라 이산화탄소 자원화 등 다양한 분야에 활용가능하다”고 말했다.

 

전다솜 UNIST 박사과정생과 박진우 석박통합과정생이 공동 1저자로 참여한 이번 연구는 국제학술지 ‘사이언스 어드밴시스’에 이달 10일 실렸다.

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