[충청뉴스 이성현 기자]국내 연구진이 친환경 수소 생산을 위한 고성능 전해질막을 개발했다.

한국화학연구원은 김태호·안수민 박사가 강원대와 양이온 교환막 수전해 장치에 적용 시 수소 이온은 원활히 이동하면서 수소 기체의 투과는 억제할 수 있는 가지사슬 구조의 새로운 전해질막 소재를 개발했다고 1일 밝혔다.

최근 높은 효율과 넓은 운전 범위 구현이 가능한 ‘양이온 교환막 수전해’ 기술이 대표적인 수전해 기술로 손꼽히고 있지만 낮은 기체차단성, 막 두께로 인한 성능 저하, 제조·폐기 시 환경문제, 경제성 등의 여러 단점이 있는 것으로 알려졌다.

이에 연구팀은 튼튼한 엔지니어링 고분자 기반 화학구조를 가지면서 수소 이온을 전달하는 기능이 부여된 ‘가지사슬’을 도입했다. 수소 이온을 전달하는 부분과 막의 강도를 유지하는 부분이 나노미터 크기로 분리된 구조를 가지도록 설계해 수소 이온이 원활하게 이동(높은 전도도)할 수 있으면서 수소 기체의 투과는 억제(낮은 투과율)할 수 있는 새로운 전해질막을 개발했다.

‘높은 전도도’와 ‘낮은 투과율’은 상충관계로써, 동시에 확보하기는 쉽지 않은 개념임에도 불구하고, 연구팀이 개발한 전해질막은 기존 상용막과 비교해 ▲80℃에서 1.6배 이상 향상된 수소 이온 전도도와 ▲기존 대비 약 3분의 1 수준의 낮은 수소 기체 투과율을 나타냈다.

결과적으로 수전해 장치에 적용한 결과 1.9V에서 약 6,000mA/cm2의 전류밀도를 나타냈는데 이는 동일한 조건에서 기존 상용막을 적용한 결과 대비 80% 이상 증가된 수치다.

이번에 개발된 전해질막은 불소계 화합물을 사용하지 않아 제조와 폐기 시 환경문제 발생을 줄일 수고, 가격이 상대적으로 저렴하다. 향후 기존 상용막을 대체할 경우 수전해 장치의 설치비용과 운전비용을 낮추어, 그린수소 생산단가를 크게 낮출 수 있을 것으로 기대된다.

이미혜 원장은 “이번 성과는 상용 수전해 전해질막이 가지는 성능과 안전성 한계를 뛰어넘을 수 있는 원천 소재 기술이며, 100% 수입에 의존하고 있는 기존의 고가 제품을 대체할 수 있는 국산화 소재 기술이 될 수 있을 것으로 기대한다“고 밝혔다.

이성현 기자 다른기사 보기