KITECH 생산기술 전문지

AEM(음이온 교환막) 수전해 시스템은 알칼리성 환경에서 작동되어 저가의 비귀금속 촉매를 사용할 수 있기 때문에 고효율, 저비용의 장점을 가져 수소 경제로의 전환에 있어 핵심 기술로 간주하고 있다. 수전해 시스템의 양극에서 발생하는 OER(산소 발생 반응)은 느린 동역학으로 인해 전체 물 분해 반응의 효율을 제한한다. 따라서 전기화학적 물 분해 반응을 일으키는데 속도 결정 단계로써 중요한 요인이 되며 이에 따라, OER 활성을 높이기 위한 촉매 전극 개발의 많은 연구가 진행되고 있다. 비귀금속 OER 촉매는 귀금속 촉매의 대안으로써 전이금속 층의 층상 이중수산화물(LDHs), 산화물(Oxides), 인화물(Phosphides) 및 황화물(Sulfides) 등 다양한 유형이 제안되었다. NiFe 기반 층상 이중수산화물(LDH)은 저비용의 비귀금속 소재이면서 우수한 활성 성능으로 인해 OER의 잠재적인 전기 촉매로서 특히 유망하다. NiFe LDH는 금속 이온(Ni2+, Fe3+)이 나노시트 형태로 양전하 층 구조를 이루며 전하 균형을 맞추기 위해, 그 사이에 음이온(OH- 등)이 삽입되면서 층상 이중수산화물 구조를 구성하게 된다. 이러한 구조 특성에 의해 촉매는 알칼리성 환경에서 OER 반응 시 Ni와 Fe 간의 상호작용이 일어나 뛰어난 활성을 보인다. 특히, 제조 방법에 따른 합성 메커니즘에 따라 NiFe LDH의 촉매 활성과 가혹한 환경에서의 장기적인 작동 내구성이 달라질 수 있으며, 현재까지 활발히 연구되고 있다. 본 고에서는, AEM 수전해 시스템에서 촉매로 개발되고 있는 NiFe LDH 전극 소재의 합성 방법에 따른 촉매 특성을 소개하고 개발 동향에 관해 서술하고자 한다.

키워드 음이온교환막(AEM) 수전해, OER 촉매, NiFe LDH