차세대 연료전지 핵심소재 ‘음이온 교환막’ 국산화

[아이뉴스24 최상국 기자] 국내 연구진이 차세대 연료전지로 부각되고 있는 음이온 교환막 연료전지의 핵심소재를 국산화했다.

한국화학연구원 화학소재연구본부 이장용 박사팀은 ‘음이온 교환막 연료전지’에 쓰이는 음이온 교환소재(바인더 및 분리막)의 제조 기술을 개발, ㈜SDB(대표 김호선)에 기술이전했다고 30일 발표했다. 관련 제품은 하반기에 상용 출시할 계획이다.

현재는 양이온 교환막 연료전지(PEMFC)가 성능과 내구성이 우수해 많이 쓰이지만, 값비싼 백금을 사용하는 것이 단점이다. 반면 음이온 교환막 연료전지(AEMFC)는 니켈과 구리 등 비귀금속계 촉매를 사용해 제조비용을 크게 낮출 수 있고, 연료전지뿐만 아니라 수처리, 전기투석 시스템에도 활용될 수 있다. 하지만 핵심소재인 음이온 교환소재(바인더 및 분리막)의 성능과 내구성이 떨어지는 게 문제다.

이번에 개발된 음이온 교환소재는 음이온 교환막 연료전지(AEMFC)에 쓰는 전극 바인더와 분리막이다. 연료전지에서 바인더는 분말가루 형태의 전극을 단단히 결합시키고 전극층 내부에서 이온이 이동할 수 있는 채널을 형성하며, 분리막(이온교환막)은 고체 전해질로 양극에서 음극으로 음이온(수산화이온)을 선택적으로 이동시키는 채널 역할을 한다.

한국화학연구원은 기존 상용 음이온 교환소재의 성능과 내구성을 한층 개선시켰다. 상용 바인더와 비교해 이온전도도가 3배 이상 향상됐고, 화학적 안정성이 높아졌다.

연구팀은 "아직 양이온 교환소재를 완전히 대체할 수 있는 수준은 아니다. 성능은 양이온 교환소재와 동등하지만, 내구성이 못미치기 때문이다. 이점은 연구진에게 여전히 풀어야 할 숙제"라고 설명했다.

이에 따라 이번에 개발한 음이온 교환막 연료전지는 당장 자동차나 건물용 연료전지를 대체하기보다 상대적으로 높은 내구성을 요구하지 않는 UPS(무정전 전원 공급장치)등에서부터 적용할 수 있을 것으로 보인다.

음이온 교환소재는 연료전지 이외에도 수전해, 레독스 흐름 전지, 전기화학적 이산화탄소 전환기술 등에 활용될 수 있어 파급효과가 크다.

에너지 조사기관 ‘네비건트 리서치’에 따르면, 전 세계 이온 교환막 연료전지 시장규모는 2024년 15조원에 달할 것으로 예상되며, 이온교환소재(바인더 및 분리막) 시장은 전체의 10%인 1.5조원 정도로 예상된다.

연구책임자인 이장용 박사는 “이번 기술이전을 계기로 산업적 파급효과가 큰 음이온 교환소재를 상용화시키고, 가격을 낮추기 위한 원천기술 연구 개발에 힘을 쏟겠다”고 밝혔다.

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