기술 개요
“다공성 지지체와 촉매 계면을 함께 설계해 수전해 전극의 활성·내구성·제조 유연성을 확보하는 기술입니다.”
산업 별 활용 방안
수전해 스택과 수소 생산 설비를 개발하는 기업
수전해 스택 개발 기업은 전극 성능뿐 아니라 장시간 운전 시 전압 변동, 촉매층 손상, 전극 대면적화 가능성을 함께 검토해야 합니다. 본 기술의 다공성 촉매-전극 구조를 수소·산소 발생 전극 설계에 적용해 전해질 침투와 기체 배출을 지원하고, 지지체와 촉매층의 결합 안정성을 확보할 수 있습니다. 기존 스택 전체를 즉시 교체하기보다 전극 단위 시제품과 스택 조건 PoC부터 결합해 제조 재현성과 운전 성능을 확인할 수 있습니다.
수전해용 촉매·전극 소재를 제조하는 기업
촉매·전극 소재 기업은 활성 물질 자체의 성능뿐 아니라 집전체 위 균일 코팅, 촉매 사용량, 공정 제어와 제품 형태 확장성을 동시에 확보해야 합니다. 본 기술은 전기도금, 탄소나노튜브 다층 조립, TiOx 코팅과 스퍼터링을 조합해 촉매층과 다공성 지지체를 함께 설계하는 방식을 제공합니다. 보유한 촉매 소재 또는 전극 생산 공정에 맞춰 전극 코팅 모듈과 계면 설계 공정부터 단계적으로 적용할 수 있습니다.
수소 기반 에너지 플랜트와 실증 설비를 구축하는 기업·기관
수소 생산 설비를 구축하는 기업·기관은 설비 규모와 운전 조건에 따라 전극의 성능, 내구성, 교체 주기와 공급망을 종합적으로 평가해야 합니다. 알칼라인 환경용 니켈계 전극과 산성 환경용 TiOx 기반 전극을 활용해 운전 환경별 전극 후보군을 구성하고, 실제 설비 조건에 맞는 전극 구조를 검토할 수 있습니다. 실험실 전극 성능을 바로 설비 성능으로 간주하지 않고, 스택 단위 실증과 대면적 제조 검증 단계로 연계하는 방식이 적합합니다.
기술 설명
어떤 기술인가요?
수전해 전극은 물을 수소와 산소로 분리할 때 전기를 전달하고 반응을 일으키는 핵심 부품입니다. 본 기술 포트폴리오는 직물 기반 다공성 지지체와 촉매층을 일체화한 수전해 전극 기술로, 전해질이 전극 내부로 잘 들어가고 생성 기체가 원활히 빠져나가도록 구조를 설계합니다. 친수성 탄소지지체 내부까지 니켈계 촉매를 전기도금해 알칼라인 수전해용 수소·산소 발생 전극을 만들고(특허 1·4), 티타늄 산화물(TiOx)과 아민 표면 개질로 산성 환경용 전극의 촉매 결합과 내구성을 확보하며(특허 2), 탄소나노튜브 어셈블리로 표면적과 전도 경로를 확장해 비귀금속 촉매층을 형성하는(특허 3) 기법으로, 촉매·전극·수전해 장치로 연결되는 전극 플랫폼을 제공합니다.
어떤 문제를 해결하나요?
1. 전극 내부의 전해질 침투와 기체 배출 한계
기존 전극은 촉매층이 표면에 뭉치거나 다공성 구조가 충분히 활용되지 않아, 전해질이 내부 활성점까지 도달하기 어렵고 반응 중 생성된 수소·산소 기체가 축적될 수 있습니다. 친수성 직물 유래 탄소지지체와 직물·탄소나노튜브의 다공성 구조를 이용해 전해질 침투 경로와 기체 배출 경로를 확보하고, 내부 피브릴까지 촉매층을 균일하게 형성합니다.
2. 고전류 운전에서의 촉매층 탈착과 성능 저하
수전해 전극은 높은 전류에서 기체 발생 압력과 저항 발열을 받기 때문에 촉매층이 지지체에서 떨어지거나 전압이 변동될 수 있습니다. 표면 작용기와 촉매금속층의 결합, 탄소나노튜브 어셈블리의 결합 기반, 아민 개질 TiOx층과 금속 촉매의 계면 결합을 통해 촉매층의 고정 안정성을 높입니다.
3. 운전 조건에 맞는 전극 소재와 공정의 부족
알칼라인 수전해는 니켈계 비귀금속 촉매를 적용할 수 있지만, 산성 수전해는 부식 환경 때문에 전극 내구성과 촉매 결합을 함께 확보해야 합니다. 알칼리 조건에서는 니켈·니켈몰리브덴·니켈철코발트 기반 촉매층을, 산성 조건에서는 TiOx 보호층과 귀금속 촉매 스퍼터링 구조를 적용해 운전 환경에 맞는 전극 설계를 제시합니다.
연구자 및 특허 소개
조진한
고려대학교 화공생명공학과
Max Planck Institute of Colloids & Interfaces 박사후연구원 — 초박막 및 콜로이드 계면 연구 수행
The University of Melbourne 박사후연구원 — 바이오 및 초박막 연구 수행
前 LG화학기술원 차장 — LCD용 편광판 개발
前 서울대학교 화학생물공학부 연구교수 — 다층초박막 이론 및 반사방지용 필름 연구
前 국민대학교 신소재공학부 조교수
現 고려대학교 화공생명공학과 교수
“저는 그린수소 생산을 위한 수전해 공정에서 촉매 소재와 다공성 전극 구조를 함께 설계하는 기술을 연구하고 있습니다. 수소 생산·수전해 스택 기업, 촉매·전극 소재 기업, 에너지 플랜트 기업은 탄소 지지체, 탄소나노튜브 어셈블리, TiOx 기반 전극 구조를 바탕으로 운전 환경에 맞는 전극 개발과 실증에 활용할 수 있습니다. 실제 적용을 위해서는 대면적 제조 재현성, 장기 내구성, 스택 운전 조건을 함께 확인해야 하므로, 관심 기업·기관과 스택 단위 실증 및 스케일업 협업을 추진하고자 합니다.”
기술과 관련된 특허 4건
FAQ
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