스테인레스 강의 표면처리를 통한 알칼라인 물 분해 전극으로의 응용에 관한 연구

초록

최근, 수 년간 친환경 에너지로의 전환에 관한 큰 변화가 전 세계적으로 일어나고 있다. 그 중에서도 수소를 통하여 에너지를 얻고자 하는 많은 연구 개발이 다시 활발하게 진행되기 시작하였다. 수소에너지의 이용이 각광받는 이유는 에너지 전환 효율이 높고 안전하며 특히, 공해 물질을 배출하지 않는다는 가장 큰 장점을 가지고 있기 때문이다. 그리하여 수소를 이용하기 위해 수소를 사용하여 에너지를 얻는 수소연료전지 뿐만 아니라, 순수한 수소를 얻기 위하여 물을 전기분해하는 수전해 분야도 많은 연구 개발이 이루어지고 있다. 그러나 수전해는 수소, 산소 발생의 과전압이 높아 이를 줄이기 위해서 Pt, Ir, Ru와 같은 귀금속 촉매를 사용하게 되는 단점이 있다. 이는 수소 생산 비용 상승의 요인이 된다. 그래서 1) 저가, 2) 고내구성 3) 고촉매능을 가지는 수전해용 전극이 계속 연구되고 있으며, 그 중에서 초기 이후 다시 각광받고 있는 소재가 바로 스테인레스 강이다. 스테인레스는 Fe, Ni, Mo, Mn과 같은 수전해에서 고촉매능을 가지는 물질들을 포함하는 소재이기 때문에 초기 수전해 연구에서 많은 탐구가 이루어졌다. 그러나 의외로 성능이 높지 않았기 때문에 스테인레스 강의 연구보다 다른 고성능 촉매의 연구들이 많이 진행되었다. 하지만 여러 가지 표면처리 및 개질 방법들이 연구되고 개선되면서 스테인레스 강은 저가, 고내구성, 고촉매능을 모두 만족하는 전극으로 다시 떠오르게 되었다. 그리하여 본 연구에서도 스테인레스 강을 응용하여 알칼라인 물 분해 전극으로 이용하는 것을 목표로 하였다. 기존에 본 연구진이 활용한 스테인레스 강의 양극산화를 통한 리튬 이온 전지 전극의 응용에서 사용한 제법을 기반으로 저가, 고내구성, 고촉매능을 가진 전극으로의 응용을 실현하고자 하였다. 에칭을 통하여 스테인레스 강의 표면을 활성화하고 양극산화를 진행하였으며, 넓은 표면적의 반응 표면을 실현하였고 수전해 성능이 향상됨을 확인하였다. 또한, 열처리 환경에 따른 성능변화까지 확인하여 스테인레스 강의 수전해 성능을 최적화하였고, 도핑 공정을 추가하여 4단계 스텝의 스테인레스 강 수전해 전극을 제조하고 이에 관한 성능을 확인하였다.