Massive utilization of fossil fuels has raised concerns about the possibility of depletion of fossil fuels and is accompanied by enormous environmental risk such as pollutant gas emission, climate change, and waste generation. For reducing the use of fossil fuels, power generation using renewable types of energy, such as solar and wind power, has been drawing much attention. However, the nature of intermittent renewable energy, inability to operate independently of energy demand, remains a challenge. Thus, to address the intermittency of power plants using renewable sources, it is necessary to incorporate an energy storage system that stores excess electricity. Water electrolysis is one of the most promising systems which produce hydrogen using surplus electricity. Water electrolysis is the decomposition of water into oxygen and hydrogen using electricity. To establish a more ideal energy storage system for surplus electricity from renewable energy, the cell efficiencies of alkaline and PEM electrolysis systems should be increased. One of the main factors reducing the efficiency of electrolysis systems is the overpotential required in addition to the theoretical potential at both cathode and anode. To increase the efficiency of electrolysis system, the nickel-based non-precious metal catalysts synthesized by an electrodeposition with high catalytic activity and durability have been studied in this dissertation. The studies not only provide a practically applicable method to prepare HER and OER electrodes for use in industrial water electrolysers (alkaline, PEM electrolysis), with insight into the activities of the catalysts.
화석 연료 발전으로 인한 환경 오염 문제 등이 심각해지며, 재생 에너지를 활용한 전력 생산이 전세계적으로 주목 받고 있다. 하지만 대부분의 재생 에너지는 풍력과 태양광 등의 환경 의존적 에너지로, 날씨나 계절에 따라 전력의 생산이 불균형한 문제가 있다. 따라서 재생 에너지를 활용한 발전은 에너지 저장 시스템과의 연계가 필수적이다. 더하여 수소 사회로의 진입을 위하여 경제적이고 친환경적인 방식의 수소 생산의 필요성이 대두되고 있다. 수전해는 물을 전기 분해하여 수소와 산소를 생산하는 기술이다. 수전해는 재생 에너지 발전에서 발생하는 잉여 전력을 이용하여 에너지원인 수소의 형태로 저장할 수 있으며, 동시에 부산물로 산소만이 발생하기 때문에 친환경적이다. 하지만 현재의 수전해 기술은 약 50-70 % 수준의 낮은 수소 생산 효율을 가지고 있다. 낮은 효율의 가장 큰 원인 중 하나는 산화극과 환원극의 산소 및 수소 발생 반응에 필요한 높은 과전압이다. 따라서 수전해의 효율을 높이기 위해서는 과전압을 낮추기 위한 고활성의 촉매 개발이 필요하다. 이에 본 연구에서는 전기 도금법을 이용하여 니켈 합금 기반의 전극 촉매를 개발하고 촉매의 효율을 향상시키기 위한 방안을 제시한다.
