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  • 이지훈 교수(전자공학과) 연구팀, 니켈-붕소-인화물 마이크로 구체 기반 산업용 요구 사항 충족하는 고효율 그린수소 생산용 전극 개발

    조회수 969 | 작성일 2023.03.09 | 수정일 2023.03.09 | 홍보팀

  • 이지훈 교수(전자공학과) 연구팀

    니켈-붕소-인화물 마이크로 구체 기반 

    산업용 요구 사항 충족하는 고효율 그린수소 생산용 전극 개발

    - JCR ‘공학,환경카테고리 Q1, IF: 16.744 과학전문지 게재 -

    - 표면적 크게 향상된 마이크로 구체 구조 이용하여 수소 발생 반응(HER) 및 산소 발생 반응(OER)성 크게 개선 및 초순수 그린수소 생산 -

     

     

    (좌) 아하산 박사과정 연구원 / (우) 이지훈 교수
 

    () 아하산 박사과정 연구원 / () 이지훈 교수

     

    광운대 이지훈 교수(전자공학과) 연구팀은 전자공학과 아하산 박사과정 연구원(1저자)과 함께 삼원 니켈-붕화물-인화물 (nickel-boride-phosphide, Ni-B-P) 기반 마이크로 구체형 (Micro Sphere, MS) 고효율 그린수소 생산용 전극 개발을 세계 최초로 성공하였다. Ni-B-P MS 전극은 3전극 시스템 1M KOH에서 150 mV (at 50 at mA/cm2) OER 전류를 나타내어, 세계최고 수준의 낮은 OER 전위를 나타내었다. 또한, Ni-B-P MS전극은 2전극 구성 1M KOH에서 1.50 V (at 50 at mA/cm2), 1.62 V (at 100 at mA/cm2)를 보여, 세계최고 수준의 전이금속 기반 화합물 전극 중 하나로 평가되었다. 전극 안정성면에서도, 연속 120시간 이상의 우수한 안정성을 나타내었다. Ni-B-P MS 전극은 개선된 전하 이동 용량과 마이크로 구형 형태의 큰 ECSA, 뛰어난 안정성 및 부식 저항성으로 인해 RuO2 벤치마크 전극에 비해 훨씬 높은 OER 성능을 보여주었다. 2전극 Ni-B-P MS 전극은 1M 6M KOH에서 3.62 3.42V2,000mA/cm2의 고전류에 쉽게 도달할 수 있으며, 고알칼리 농도에서 5(120시간) 이상의 연속 작동 및 우수한 내구성을 나타내었다.

    수소에너지는 탄소중립시대의 핵심에너지로 각광받고 있으며, 교통 및 산업 개발 등에 활용하기 위한 기술개발이 활발히 진행되고 있다. 수소엔진이 적용된 자동차들이 이미 출시되었으며, 수소에너지 기반의 비행기, 선박, 기차 등의 운송수단들이 잇달아 개발되고 있다. 수소는, 액화천연가스와 같은 형태로 저장이 가능하여 재생에너지를 저장하고 운송하는데 중요한 역할을 할 것으로 기대되고 있다. 태양광발전이나 풍력발전 등은 날씨의 영향을 많이 받고, 에너지 수급이 일정하지 않은 측면이 있는데, 생산된 전기를, 수소의 형태로 보존할 수 있고, 필요시 전기, 열 등 다양한 에너지로 사용할 수 있다. 수소에너지 생태계가 완성된다면, 수소는 기존 화석에너지를 일부 대체할 수 있는 에너지원이 될수 있을 것이다. 물분해를 이용한 그린수소 생산은 궁극적인 이산화탄소-free 에너지원이고, 전세계 에너지 수요를 충족하고 기후 위기에 대처하기 위해서는, 산업용 전극의 요구 사항을 충족하는 수전해용 첨단 대체 전기 촉매 개발이 시급하다.

     

    Ni-B-P MS 전극 개략도. Ni-B-P마이크로 구체 전극은 벤치마크와 비교하여 우수한 OER 성능으로 인해 Pt/C와 쌍을 이룰 때, 고전류에서 우수한 성능을 보임. 

    사진 설명: Ni-B-P MS 전극 개략도. Ni-B-P마이크로 구체 전극은 벤치마크와 비교하여 우수한 OER 성능으로 인해 Pt/C와 쌍을 이룰 때, 고전류에서 우수한 성능을 보임.

     

    이번 연구의 연구진은Md Ahasan Habib (박사과정, 광운대 – 1저자), Rutuja Mandavkar (박사과정, 광운대), Shusen Lin (박사과정, 광운대), Shalmali Burse(박사과정, 광운대), Tasmia Khalid (박사과정, 광운대), Mehedi Hasan Joni (박사과정, 광운대), Jae-Hun Jeong (연구교수, 광운대- 교신저자), Jihoon Lee (교수, 광운대 - 교신저자)이며, 광운대 단독연구로 진행되었다. 아하산 (Md Ahasan Habib) 학생은 2021년 광운대 전자과 박사과정으로 입학하였으며, 현재 박사과정3년차 연구원이다. 현재까지 다수의 주저자/공저자 논문을 출판하였다. Md Ahasan Habib연구원은, “논문이 우수한 저널에 출판되어 기쁘며, 박사학위 취득후, 우수기관에서 계속 연구를 이어가 광운대를 빛내고 싶다는 포부를 밝혔다.

    한편, 이번 연구는 한국연구재단과 교육부가 추진하는 BK-21, 중점연구소 사업과 광운대학교의 지원으로 수행되었고, 연구결과는 과학전문지 Chemical Engineering Journal (JCR 카테고리 분야 Q1 ENGINEERING, ENVIRONMENTAL, IF: 16.744) 20233월자 온라인 판에 “NiBP micro spherical clusters for water splitting OER electrocatalyst satisfying industrial operational requirements”의 제목으로 게재되었다.* Web link: https://doi.org/10.1016/j.cej.2023.142177

     

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