국내 연구진이 연료전지 등 차세대 에너지원으로 기대를 모으고 있는 수소 저장능력을 실온에서 2배 이상 높일 수 있는 기술을 개발했다.
서울대 화학과 백명현 교수팀은 산화-환원 활성을 지닌 다공성 금속-유기골격체를 합성하고, 이 다공성 고체를 팔라듐(Pd) 이온 용액에 담그는 방법으로 수소 기체 저장능력을 실온과 극저온에서 250~350% 높이는 데 성공했다고 24일 밝혔다.
이 연구결과는 최근 화학분야 국제학술지 '앙게반테 케미(Angewante Chemie)' 온라인판에 게재됐다.
수소는 연료전지 자동차와 이동식 전자장비 등 차세대 에너지원으로 관심을 끌면서 세계적으로 우수한 수소 기체 저장체를 개발하는 연구가 활발히 진행되고 있다.
미국 에너지부는 2010년까지 실온에서 저장체 무게의 6%(45ｇ/ℓ)에 해당하는 수소를 저장하고, 2015년까지 9%(81ｇ/ℓ)까지 저장할 수 있는 수소저장체 개발을 목표로 정했으나 아직 목표에 근접한 연구결과는 없는 상태다.
현재까지 개발된 수소저장체 중 다공성 금속-유기골격체 일부는 영하 196~186℃의 초저온, 고압에서 저장체 무게의 4% 이상 수소를 저장하지만 실온에서는 저장 능력이 급격히 떨어지는 단점이 있다.
백 교수팀은 지름 0.7㎚(㎚=10억분의1ｍ)의 나노 구멍이 많이 있고 산화-환원 활성을 지닌 다공성 금속-유기골격체를 합성하고, 이 다공성 고체를 팔라듐이온 용액에 담가 나노 구멍 안에 3㎚ 크기의 팔라듐 나노입자를 생성시켰다.
나노 구멍 속에 생성된 팔라듐 나노입자는 촉매로 작용해 수소 분자(H₂)를 수소 원자(H)로 쪼개고 이렇게 만들어진 수소 원자들은 나노입자 주변의 공간에 저장된다.
나노 구멍에 팔라듐 나노입자를 도입한 다공성 금속-유기골결체는 수소 저장 능력이 팔라듐 도입 전보다 영하 196℃ 1기압에서 3.5배, 25℃ 95기압에서는 2.5배가 각각 향상되는 것으로 나타났다.
연구진은 또 구멍 한의 팔라듐 나노입자 양은 다공성 금속-유기골격체를 팔라듐 이온용액에 담그는 시간에 따라 결정되며 팔라듐 나노입자의 양이 저장체 무게의 2.9%일 때 수소저장 능력이 가장 우수하다는 사실도 밝혀냈다.
백 교수는 "이 결과는 실온에서 수소 저장능력을 획기적으로 증가시킬 수 있는 방법을 제시한 것"이라며 "이 연구가 미국 에너지부가 제시한 목표에 접근하는 수소저장 물질의 개발을 앞당길 수 있는 계기가 될 것"이라고 말했다.
[서울=연합뉴스]
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