한국공학대학교(총장 황수성)는 융합기술에너지대학원 박지은 교수 연구팀이 저비용 알칼라인 기반 수전해를 위한 인(P)화 니켈–철 수소 발생 전극을 개발했다고 29일 밝혔다.

이번에 개발된 전극은 알칼라인 수전해(AWE)와 음이온 교환막 수전해(AEMWE)에 적용할 수 있는 비귀금속 기반 수소 발생 전극이다. 연구팀은 니켈–철 전극에 인화 열처리를 적용해 수소 발생 반응(HER) 활성을 높이는 방식으로 성능 개선을 시도했다.

알칼라인 기반 수전해 장치는 귀금속 촉매 대신 비귀금속 촉매를 적용할 수 있어 차세대 그린 수소 생산 기술로 주목받고 있다. 다만 비귀금속 촉매는 백금 등 귀금속 촉매에 비해 전기화학적 성능이 낮아, 특히 AEMWE 시스템에서는 귀금속 촉매 의존도가 여전히 높은 한계가 있었다.

연구팀은 기존에 개발한 일체형 전극 구조를 기반으로 인 도핑과 인화 열처리를 결합해 비귀금속 수소 발생 전극의 성능을 개선했다. 물리·화학·전기화학 분석과 밀도범함수이론(DFT) 시뮬레이션을 통해 전극 특성을 분석한 결과, AWE와 AEMWE 단위전지 모두에서 기존 전극 대비 향상된 성능을 확인했다.

실험 결과, 전체 비귀금속 전극을 적용한 AEMWE 단위전지에서 1.9V 조건 기준 2A/㎠ 수준의 전류 밀도를 구현했다. 연구팀은 귀금속 촉매를 사용하지 않고도 높은 수전해 성능을 달성함으로써 그린 수소 생산 비용 절감 가능성을 제시했다고 설명했다.

박지은 교수는 “이번 연구를 통해 전극 전반을 비귀금속 소재로 구성한 알칼라인 기반 수전해의 가능성을 확인했다”며 “그린 수소 생산 단가를 낮추는 데 기여할 수 있을 것으로 기대한다”고 말했다.

이번 연구에는 한국과학기술연구원 박성빈 박사와 신유진 서울대 박사과정생이 제1저자로 참여했으며, 한국공학대 기민석 석사과정생과 이대현 학사과정생이 공동 연구자로 참여했다. 연구는 한국연구재단 국가수소중점연구실의 ‘알칼라인 수전해 기술 개발’ 과제 지원을 받아 수행됐다.

연구 결과는 화학공학 분야 국제 학술지 ‘Chemical Engineering Journal’에 2025년 12월 1일 온라인으로 게재됐다.