한국에너지기술연구원(원장 김종남)은 정남조 해양융복합연구팀 박사가 RED 염분차발전 효율과 경제성 향상에 기여할 수 있도록 전극 집전체 표면에 이황화몰리브덴 박막을 직접 합성할 수 있는 전극소재 합성 기술을 개발했다고 10일 밝혔다.

염분차발전이란 바닷물과 민물에 포함된 염 농도 차이를 통해 전기를 생산하는 발전 방식이다. 꾸준한 전력 생산이 가능하고 이용률이 100%에 달하는 청정에너지 생산기술이다.

RED 염분차발전에서 전극촉매는 전기화학 반응을 발생시켜 시스템의 전자 이동을 유도, 전기를 생성한다. 하지만 대부분 백금과 같은 고가 소재를 사용함에 따라 저렴한 전극 소재 합성을 통한 경제성 확보가 요구됐다.

이에 연구진은 전극촉매의 전기화학 반응 활성을 돕는 집전체의 성분(금속 및 탄소)과 구조(1·2·3차원)에 상관없이 주 촉매반응 부위가 표면에 많이 분포돼 고활성이면서 저렴한 이황화몰리브덴 박막을 집전체에 직접 합성하는데 성공했다.

기존 합성방식은 집전체의 구조가 복잡하고 대면적일수록 전극촉매의 합성 불균일성이 두드러지게 발생한다. 이는 반응 활성의 불균일성으로 이어져 성능감소 및 소재의 장기 불안정성을 초래, 전구체가 크게 손실됀다.

반면 연구진은 합성을 위해 공급된 전구체가 반응기 내에서 공급량에 따라 자가 기화압에 의해 집전체 구조와 상관없이 모든 표면에 균일한 농도 분포유지가 가능한 합성 장치 구현에 성공했다. 

이를 통해 사용된 전구체의 손실을 최소화하면서 매우 균일한 농도로 합성 가능한 최고 수준의 전극 성능 결과를 얻었다.

연구진이 개발한 기술은 대면적으로 생산 가능한 방식으로 합성돼 여러 분야에 적용할 수 있어 향후 염분차발전 이외의 응용분야의 상용화에도 크게 기여할 수 있다.

정남조 박사는 "이번 전극소재 합성 기술의 개발로 수입 의존도가 크고 고가인 수처리 분야의 전극 소재를 대체해 관련 분야의 전극 소재 국산화 기술 개발에 큰 기여를 할 수 있을 것"이라며 "염분차발전 기술의 세계선도 연구그룹으로의 위상을 재차 확인할 수 있었다"고 밝혔다.

해당 연구 결과는 표면과학 분야 세계적 권위지 '어플라이드 서피스 사이언스 (Applied Surface Science)'에 게재됐다.