기존 전극과 초혐기 필름 전극의 공기 방울 탈착 테스트기존 전극(왼쪽)과 수화 젤로 코팅한 초혐기 전극(오른쪽)에서의 기체접촉각 측정을 통해 초혐기도 테스트를 수행했다. 기존 전극(왼쪽)과 달리 수화젤로 코팅한 전극(오른쪽)에서 공기 방울의 흡착이 어렵다. 따라서 위 테스트를 통해 수화젤이 초혐기도를 띤다고 할 수 있다/사진=UNIST컵에 탄산음료를 따르면 컵 안쪽 표면에 공기 방울이 달라붙는다. 음료를 마실 때라면 이런 공기 방울의 많고 적음이 상관 없지만, 물을 전기로 분해하는 전극에서는 다르다. 전극 표면에서 발생한 기체가 많이 달라붙어 있을수록 반응이 일어날 면적이 줄어 수소와 산소 같은 기체 발생 효율이 낮아지기 때문이다. 따라서 전극 표면에 달라붙는 기체를 제거하는 게 전체적 효율에서 중요하다.
연구팀은 수전해 시스템의 전극 표면을 수화젤로 코팅해 수소 발생 성능을 측정했다. 그 결과 같은 수소 생산효율이 5배 정도 향상됐음을 확인했다.
기존의 전극과 초혐기 필름 전극의 수소 기체 발생 효율 비교(A), (B) 전기화학 반응 도중 보통의 전극(A)과 초혐기 필름 전극(B)의 수소 생성 반응 모식도와 디지털 사진. 초혐기 필름이 코팅된 전극에서 실제로 발생한 수소 기체의 양이 기존 전극에 비해 많았고 따라서 수소 생성 효율이 높아졌을 것으로 추정할 수 있다.(C) 단위전류량 측정을 통한 일반 전극과 초혐기 전극의 수소 발생 효율의 비교. 기존 전극(1㎠ 당 -50㎃)에 비해 초혐기 전극(1㎠ 당 –250㎃)의 효율이 약 5배 가량 높아짐을 그래프에서 확인할 수 있다. 또한, 기존 전극(검정 테두리)과 달리 초혐기 전극(하늘색 테두리)의 미세구조의 경우, 균일한 크기의 구멍이 일정하게 배치된 것을 미세구조 현미경을 통해 확인했다/사진=UNIST이 시각 인기 뉴스
이번 성과는 고분자물질을 고체의 표면에 코팅해 기체를 밀어내는 성질을 얻은 새로운 기술로 주목받는다.
기존에도 표면의 기체를 제거하기 위해 고체의 표면에 미세한 나노 구조를 만드는 방법이 있었지만, 제조비용이 비싼 데다 적용 가능한 물질에도 제한이 있었다.
이번에 개발한 방법은 고체라면 물질에 상관없이 적용할 수 있고, 대상 물질에 수화 젤만 코팅하면 되는 간편하고 저렴한 방식이라 활용 범위도 넒다.
이 교수는 “이번 기술은 수전해뿐만 아니라 이산화탄소 자원화 등 다양한 분야에 활용 가능할 것”이라고 말했다. 이번 연구성과는 국제학술지 ‘사이언스 어드밴시스’에 실렸다.
