[신기술 소개] 이온교환막 없이 기체분리가 가능한 새로운 패러다임의 수전해기

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이온교환막 없이 기체분리가 가능한 새로운 패러다임의 수전해기

분산형 수전해장치는 값싼 전기비용뿐만 아니라 1) pH 전 영역에서 사용할 수 있고, 2) 이온전도저항이 낮 으며, 3) 전기화학반응 생성물인 수소와 산소의 혼합을 차단할 수 있는 안정적인 이온교환막을 필요로 한 다. 본 연구에서 개발된 이온교환막 없는 수전해기는 일반적으로 전해질막을 사용하는 수전해의 패러다임을 바꾸어 놓으며, 실제 전해질막으로 삽입한 기존의 수전해기보다 낮은 이온전달저항을 가지는 최초의 사례 이다. 구체적으로, 직접 고안한 장치에서 미세유체역학적 힘들을 조절함으로써 수소와 산소의 혼합을 막을 수 있는데, 미세유로에서 유속을 빠르게 하면 Segre’–Silberberg 효과에 의하여 산소나 수소가 생성된 전극 에서 다른 극으로 이동하지 않고, 생성된 전극표면을 따라 이동하기 때문에 이것이 가능하다. 아래 Figure 에 보이는 장치를 사용하여 300 mA/cm

이상에서 물을 전기 분해할 수 있고, 출력 전환율은 42%를 상회하 였다. 다른 극에서 검출된 수소의 양은 0.4%로 매우 낮아, 비가연성이며 연속적인 수소생성을 가능케 하였 다. 게다가, 완충전해질을 사용할 경우 저가의 촉매를 수전해기에 사용할 수 있음도 확인되었다.

Figure. 미세유체흐름을 활용한 이온교환막 없는 수전해기의 개념도 및 실제제작된 수전해기.

출처 : S. Mohammad, H. Hashemi, Miguel A. Modestino, Demetri Psaltis, “A membrane-less electrolyzer for hydrogen production across the pH scale”, Energy and Environmental Science, 8, 2003-2009 (2015).

작성 : 박 세 규 (광운대학교 화학공학과)