AAA 건전지로 물을 전기분해한다.

      

AAA 건전지로 물을 전기분해한다.  지구와 환경 / 과학  2014/08/25 09:00 http://blog.naver.com/hansyoo/220101072364 전용뷰어 보기 AAA 건전지로 물을 전기분해한다. August 22, 2014, ScienceDaily 출처: 스탠퍼드 대학 요약: 배기가스가 전혀 없다고 선전하긴 하지만 대부분의 연료전지 차량은 천연가스로부터 만들어진 수소를 이용한다. 그런데 지금 과학자들은 배기가스가 전혀 없고 AAA 건전지로 물을 전기분해하여 수소를 생산하는 저가의 디바이스를 개발했다. 고가의 금속 촉매를 사용하는 다른 분리기와는 달리 이 디바이스의 전극은 풍부하고 저렴한 니켈과 철을 사용한다. 스탠퍼드 과학자들은 보통의 AAA 건전지로 물을 산소와 수소 가스로 분리하는 저가의 디바이스를 개발했다. 가스 방울이 저가의 니켈과 철로 만들어진 전극에서 생성된다. Credit: Mark Shwartz/Stanford Precourt Institut for Energy ​    홍지에 다이(Hongjie Dai)와 동료들은 1.5볼트 배터리를 사용하여 물을 수소와 산소로 분리하는 저가의 배기가스가 없는 디바이스를 개발했다. 수소 가스는 배기가스가 없는 연료전지 차량의 동력으로 이용될 수 있다. 스탠퍼드 대학의 홍지에 다이 교수는 상온에서 물을 수소와 산소로 분리하는 배기가스 없는 전기분해 장치를 개발했다. 2015년 미국의 소비자들은 토요다 등의 제조사로부터 연료전지 차량을 구입할 수 있을 것이다. 배기가스가 없는 차량이라고 광고하곤 있지만, 대부분의 차량은 천연가스에서 만들어진 수소를 사용하는데, 문제는 천연가스가 지구온난화을 유발하는 화석연료라는 점이다. 그런데 지금 스탠퍼드 대학의 과학자들은 일반 AAA 건전지로 물을 전기분해하여 수소를 생성하는 저가의 배기가스 없는 디바이스를 개발했다. 배터리는 물을 수소와 산소 가스로 분리하는 두 전극으로 전류를 보낸다. 고가의 촉매를 사용하는 다른 전기분해 장치와는 달리 스탠퍼드 대학에서 만든 장치는 저가의 풍부한 니켈이나 철로 된 전극을 사용한다. 값이 싼 금속인 니켈과 철을 사용하여 상온에서 1.5볼트 배터리로 물을 전기분해할 수 있었다고 스탠퍼드 대학 화학과 홍지에 다이 교수는 말한다. 귀금속이 아닌 금속 촉매로 이렇게 낮은 전압에서 물을 전기분해한 것은 처음이라고 한다. 보통은 백금이나 이리듐 같은 고가의 금속이 필요하기 때문에 대단한 것이라고 그는 말한다.     다이 교수에 따르면 새로운 물 분리기(water splitter)는 수소를 생산하는 것 이외에도 중요 산업용 화학물질인 염소(chlorine) 가스와 수산화나트륨을 생성하는데 이용할 수 있다. 그와 그의 동료들은 새로운 디바이스를 8월 22일자 저널 네이처커뮤니케이션즈(Nature Communications)에 공개했다.     수소 연료전지     자동차 메이커들은 오랫동안 수소 연료전지가 가솔린 엔진을 대체할 것으로 유망하다고 생각해 왔다. 연료전지 기술은 본질적으로 물을 거꾸로 분리하는 것이다. 연료전지는 저장된 수소 가스를 공기 중의 산소와 합하여 전기를 생산하는데, 이것이 자동차의 동력이 된다. 이 과정에서 나오는 부산물은 물밖에 없다. 그러나 가솔린 연소에서는 이산화탄소가 배출되어 온실가스가 된다.    스탠퍼드 과학자들은 일반 AAA 배터리로 물을 분리하여 산소와 수소 가스를 생성하는 저가의 디바이스를 개발했다. 저가의 니켈과 철로 만들어진 전극에서 가스 방울이 나온다.     올초에 현대자동차는 남부 캘리포니아에서 연료전지 차량 리스를 시작했다. 도요타와 혼다는 2015년에 연료전지 차량 판매를 시작할 예정이다. 이들 차량의 대부분은 아주 뜨거운 스팀과 천연가스를 배합하여 수소를 생산하는 대규모 산업 시설에서 제조된 연료를 사용할 것이다. 에너지 집약적 프로세스로 이산화탄소가 부산물로 나온다.     수소를 만들기 위해 물을 분리하는 것은 화석연료가 필요치 않으며 온실가스 배출도 없다. 그러나 과학자들은 아직 대규모 산업용으로 이용 가능한 촉매를 사용하는 물 분리기를 개발하지 못했다. 수십 년 동안 활성도가 높고 오래 지속가능한 저가의 전기분해 장치를 끊임없이 추구해 왔다고 다이 교수는 말했다. 그런데 니켈 기반의 촉매가 백금처럼 효율적인 것을 발견했으며, 이는 완전히 놀라운 일이었다고 한다.     에너지와 비용 절약     이번 발견은 논문의 공동 선임 저자인 스탠퍼드 대학원생 밍 공(Ming Gong)의 작품이다. 공(Gong)은 순수한 니켈 금속이나 순수한 니켈 산화물보다 더욱 활성도가 높은 니켈-금속/니켈-산소 구조를 발견했다. 이 새로운 구조는 수소 전기분해에 유리하지만, 그러나 아직 왜 그런지 그 이면의 과학은 충분히 이해하지 못하고 있다고 한다. 니켈/니켈-산소 촉매는 물을 분리하는데 필요한 전압을 현저하게 낮춘다. 덕분에 수소 생산자에게는 수십억 달러의 전기 생산 비용을 절약시켜줄 수 있다고 공(Gong)은 말한다. 그의 다음 목표는 이 디바이스의 지속성을 개선하는 것이다. 전극은 대단히 안정되어 있지만, 시간이 지나면서 서서히 붕괴한다고 그는 말했다. 현재의 디바이스는 수일 정도 작동할 수 있지만, 그러나 수 주 혹은 수개월은 되어야 한다. 그리고 가장 최근의 결과를 토대로 달성 가능한 목표라고 말했다. 연구원들은 또한 태양 에너지로 얻어지는 전기를 써서 작동하는 물 분리기를 개발할 계획이다.     수소는 차량 동력원으로 이상적인 연료라고 다이 교수는 말했다. 재생 가능 에너지를 공급망(grid)에 생성 및 저장할 수 있다고 한다. 매우 활성도 높고 저가의 촉매를 만들 수 있게 되어 대단히 반가운 일이며 나노 스케일 재료 공학을 통하여 연료와 에너지 소비 방법에 어떤 변화를 가져올 수 있는지를 보여준다고 그는 말한다. ​ Journal Reference: 1.Ming Gong, Wu Zhou, Mon-Che Tsai, Jigang Zhou, Mingyun Guan, Meng-Chang Lin, Bo Zhang, Yongfeng Hu, Di-Yan Wang, Jiang Yang, Stephen J. Pennycook, Bing-Joe Hwang, Hongjie Dai. Nanoscale nickel oxide/nickel heterostructures for active hydrogen evolution electrocatalysis. Nature Communications, 2014; 5: 4695 DOI: 10.1038/ncomms5695  - 네이버 블로그 <Physics of Dream>hansyoo 님의 글 중에서 전재..... [출처] AAA 건전지로 물을 전기분해한다.|작성자 HANS