[투데이에너지 유정근 기자] 국내 연구진이 최근 그린수소 생산 비용을 획기적으로 낮추면서 내구성과 성능이 대폭 향상시킨 차세대 수전해 기술의 핵심기술을 개발했다. 

한국과학기술연구원(원장 윤석진, KIST)은 이소영 수소·연료전지연구센터 박사팀과 이영무 한양대학교(총장 김우승) 에너지공학과 석좌교수팀이 공동연구를 통해 음이온교환막 수전해용 막전극접합체(MEA)를 개발했다고 밝혔다. 이번에 개발된 기술은 고가의 고분자 전해질막 수전해(PEMWE)기술을 대체할 수 있을 것으로 보인다. 

음이온교환막 수전해는 비귀금속 촉매를 사용하고 수전해 셀을 구성하는 분리판 소재 등을 티타늄이 아닌 철(Steel) 소재로 대체했다. 촉매 및 분리판 소재의 가격만 비교했을 때도 고분자 전해질막 수전해대비 약 3,000배 정도 제조비용이 저렴하다. 하지만 그 동안은 고분자 전해질막 수전해대비 성능이 낮고 운전 시간이 100시간이 되지 않는 내구성 문제가 있어 상업적으로 활용되지 못하고 있었다.

연구진은 구조 내의 비표면적을 증대시켜 높은 이온 전도성과 알칼리 내구성을 갖는 플루오렌-피페리디늄계 음이온교환 소재(전해질막과 전극바인더)를 개발하고 이를 기반으로 막전극접합체를 개발했다. 

개발한 소재는 1,000시간 이상의 뛰어난 내구성을 갖고 세계 최고의 전지 성능인 7.68A/cm²을 보였다. 이는 기존의 음이온교환 소재대비 약 6배, 고가의 상용 고분자 전해질막 수전해 기술(6A/cm²)대비 약 1.2배의 성능이다.

이는 그동안 음이온교환막 수전해에서 한계로 지적된 핵심소재의 성능과 내구성을 극복하고 국내 기술로 고분자 전해질막 수전해 기술을 대체할 수 있는 수준으로 기술을 끌어올린 것이다. 성능 및 내구성 이외에도 개발한 음이온교환막 소재는 대용량 및 대면적화 기술을 접목해 상용화에 박차를 가하고 있다.

이소영 KIST 박사는 “기존 수전해 기술의 한계를 뛰어넘는 원천 소재 및 고효율화 기술을 개발했다”라며 “그린수소 생산비용을 획기적으로 낮출 수 있는 수전해 기술 세대교체의 발판을 마련한 것”이라고 밝혔다. 

이영무 한양대 교수는 “개발된 소재는 수전해 뿐 아니라 수소연료전지, 차세대 수소산업인 이산화탄소 자원화 및 직접 암모니아 연료전지의 핵심소재로 응용 가능성이 높다”고 말했다.