국내 공동 연구진이 그동안 외국 기업만 보유하던 수소자동차용 연료전지 전해질 제조기술 개발에 성공했다. 국내 수소차 연료전지 생산 분야 산업 성장을 이끌 핵심 기반을 확보했다.

한국화학연구원(원장 김성수)은 박인준·소원욱·손은호 계면재료화학공정연구센터 박사팀이 박진수 상명대 교수, 이창현 단국대 교수팀과 '과불소계 술폰산 이오노머(PFSA)' 전해질을 개발했다고 17일 밝혔다.

수소자동차 연료전지는 수소와 산소 화학 반응으로 전기를 생성한다. 분리막과 전해질이 핵심 요소다. 이들은 수소를 통과시켜 산소와 반응하게 한다. 현존하는 최고성능 기술은 PFSA를 활용하는데, 전세계에서 몇 개 기업만 관련 기술을 보유하고 있다. 적은 양의 수분도 용납하지 않는 무수분 공정, 기초 원료인 불소 에틸렌(TFE) 폭발성 제어, 극저온 불소계 개시제가 필수 공정 요소다.

연구팀은 공정에 필요한 모든 원료 수분량을 조절, 무수분 공정을 구현했다. 반복 실험으로 안전한 TFE 제어 기준치도 확보해 공정에 적용했다. 개시제의 경우 새롭게 '전 불소계 과산화 개시제'를 개발해 활용했다.

이 결과 △원료 물질 제조 공정 △PFSA 전단계 물질인 단량체 합성 공정 △최종 결과물 변환 공정을 비롯한 아홉 단계 공정 전부를 개발했다.

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화학연이 구축한 PFSA 생산 1,2단계 플랫폼 공정

개발 공정은 현재 가장 높은 시장 점유율을 가진 '듀폰'사 제품보다 높은 결과를 낸다. 단량체 수율은 57%로 듀폰사 공정과 유사하다. 단위 면적당 이온이 지나가는 이온전도도 및 이온 교환 수치인 이온 교환능은 다소 높은 것으로 나타났다.

연구팀은 이미 PFSA를 하루 5㎏ 생산하는 공정을 건설해 상용화 가능성도 높다고 설명했다. 향후 시제품 장기 안정성 평가과 제조공정 최적 가동 조건 검증을 거쳐 관련 기업에 이전 및 상용화를 추진할 계획이다.


박인준 박사는 “PFSA 그동안 기술 개발 없이 제품 수입만 가능했던 분야”라며 “이번 공정 개발은 우리나라가 친환경 수소자동차 및 불소산업 분야 선도국으로 도약하는데 기여할 것”이라고 말했다.


대전=김영준기자 kyj85@etnews.com