우리 연구진이 기존 대비 수전해 성능이 80% 이상 향상된 고성능 전해질막을 개발했다.
한국화학연구원(원장 이미혜)은 김태호·안수민 박사팀이 조용훈 강원대 교수팀과 이 같은 성과를 냈다고 1일 밝혔다.
물 전기 분해로 수소를 생산하는 수전해 방식은 수소 이온은 빠르게 전달하면서, 수소 기체는 투과하지 않는 전해질막 소재 기술 확보가 관건이다.
최근 '양이온 교환막 수전해' 기술이 대표적인 수전해 기술로 손꼽히는데 '나피온과 같은 불소계 고분자막이 주로 적용된다. 하지만 낮은 기체차단성, 막 두께로 인한 성능 저하, 제조·폐기 시 환경문제, 경제성 등 단점이 있다.
연구팀은 튼튼한 화학구조를 가지면서 수소 이온 전달 기능이 부여된 '가지사슬(고분자 주 사슬에 하나 이상 블록이 곁 사슬로 도입된 구조)'을 도입했다. 수소 이온을 전달하는 부분과 막 강도를 유지하는 부분이 나노미터(㎚) 크기로 분리되게 설계했다.
이 결과 수소 이온이 원활하게 이동할 수 있으면서 수소 기체 투과는 억제한, 상충관계의 기능을 동시 확보한 전해질막을 개발했다. 개발 전해질막은 80℃에서 1.6배 이상 향상된 수소 이온 전도도, 기존 대비 3분의 1 수준의 낮은 수소 기체 투과율을 보였다.
이를 수전해 장치에 적용한 결과, 1.9볼트(V)에서 약 6000밀리암페어(㎃)/㎠ 전류밀도를 나타냈다. 이는 기존 상용막 대비 80% 이상 증가한 수치다.
개발 전해질막은 불소계 화합물을 사용하지 않아 제조와 폐기 시 환경문제 발생 우려가 적고, 가격도 저렴하다. 향후 그린수소 생산단가를 크게 낮출 수 있을 것으로 기대된다.
이미혜 원장은 “이번 성과는 상용 수전해 전해질막이 가지는 성능과 안전성 한계를 뛰어넘을 수 있는 원천 소재 기술”이라며 “100% 수입에 의존하는 기존 고가 제품을 대체할 수 있는 국산화 소재 기술이 될 것”이라고 말했다.
김영준기자 kyj85@etnews.com
