한국공학대학교 융합기술에너지대학원 박지은 교수 연구팀이 차세대 그린 수소 생산 장치인 음이온 교환막 수전해(AEMWE)용 고성능 니켈-철 기반 산소 발생 전극을 개발했다. 이번 연구는 친환경 수소 생산 효율을 높여 그린 수소 상용화 가능성을 한층 높였다는 점에서 주목된다.
AEMWE는 물을 전기분해해 이산화탄소 배출 없이 청정한 수소를 생산하는 장치로, 값비싼 귀금속 촉매 대신 니켈-철과 같은 비귀금속 촉매를 사용해 생산 단가를 낮출 수 있다. 그러나 기술 성숙도가 상대적으로 낮아 성능 개선 연구가 지속적으로 필요했다.
연구팀은 전극 내 니켈-철 촉매의 상(phase)에 따른 산소 발생 반응 활성과 AEMWE 성능 변화를 분석하고, 다양한 열처리 조건을 적용해 최적의 니켈-철 촉매층을 개발했다. 그 결과, 단위전지에서 2.05 V에서 8 A/cm²의 높은 성능을 달성했으며, 5-layer 스택 평가와 내구성 시험에서도 안정적인 작동을 확인했다.
박지은 교수는 “이번 성과로 친환경 그린 수소를 보다 경제적으로 생산할 수 있는 길이 열렸다”며 “향후 그린 수소 상용화를 앞당길 수 있을 것”이라고 밝혔다.
이번 연구는 한국과학기술연구원 박성빈 박사, 최호성 박사과정생, 한국공학대 기민석 석사과정생, 이대현 학사과정생이 공동으로 수행했으며, 한국연구재단 국가수소중점연구실 ‘알칼라인 수전해 기술개발’ 지원을 받았다. 연구 결과는 국제 학술지 Journal of Materials Chemistry A에 「Unified anodes with different nickel–iron-based phases for durable AEM electrolyzers achieving high performance of 8000 mA cm−2 at 2.05 V」라는 제목으로 2025년 9월 22일 온라인 게재됐다.