심욱 교수 연구팀, 고엔트로피 합금 촉매의 최신 연구 동향 및 전망 제시

[에너지경제신문 박성준 기자] 한국에너지공과대학교 심욱 교수 연구팀 (주저자; 임세진 공학석사, 공동교신저자; 이현정 박사)은 고엔트로피 합금 재료의 이론적 평가와 이를 수소 발생 반응의 촉매로 적용한 최신 연구 동향 및 전망을 제시했다고 23일 전했다.

전기화학적으로 수소를 생산하는 수전해 기술은 전 세계적인 지구온난화 및 기후위기로 인한 탄소중립의 중요성이 부각됨에 따라 주목받고 있다. 우리나라 역시 한국형 뉴딜 2.0 추진 계획(‘21.7), ’2050 탄소중립 추진전략‘ (’20.12), ‘탄소중립 기술혁신 추진전략’ 등을 통해 수소 에너지 활용과 보급을 늘리는 공격적인 계획을 발표한 바 있다. 초저가 고효율 그린청정수소 생산을 위해 수전해 시스템은 경제성, 높은 운전 전류 밀도 그리고 낮은 전력 소모량을 필수 요건으로 갖추어야 하지만, 상용 수전해용 전극의 경우 백금 기반의 소재라는 점에서 전체 시스템의 가격에 많은 영향을 미쳐 가격경쟁력을 갖춘 전극 개발이 필요한 실정이다.

본 연구에서는 5가지의 구성원소를 포함하는 고용체(solid solution)인 고엔트로피 합금에 대한 이론적 평가와 고엔트로피 특성에서 기인한 4가지 효과(high entropy, lattice distortion, cocktail, sluggish diffusion)에 대해 설명하였다.

이러한 특유의 효과로 인해 고엔트로피 합금은 기존 합금에 비해 생산량과 선택성을 향상시키고 뛰어난 장기 안정성을 나타내며 촉매의 활용 용도에 맞게 합금의 조성을 구성하여 활성점을 변경할 수 있다는 장점이 있음을 밝혔다.

또한 고엔트로피 합금을 수소 발생 촉매로 이용한 최신 연구 동향을 통해 향후 귀금속 촉매를 대체할 새로운 패러다임의 비귀금속 촉매로 고엔트로피 촉매의 전망을 제시하였다.

본 연구 결과는 2023년 6월 국제 학술지인 ‘Current Opinion in Electrochemistry’ (피인용지수 8.5)에 게재되었다.