KIST, 수전해 기술 단점 극복한 차세대 기술 개발

[충청뉴스 이성현 기자] 국내 연구진이 기존 수전해 기술의 단점을 극복한 차세대 기술을 개발했다.

한국과학기술연구원(KIST)은 수소·연료전지연구센터 이소영 박사팀과 한양대 연구팀이 음이온교환막 수전해용 막전극접합체를 개발했다고 30일 밝혔다.

음이온교환막 수전해는 비귀금속 촉매를 사용하고 수전해 셀을 구성하는 분리판 소재 등을 티타늄이 아닌 철(Steel) 소재로 대체했다.

촉매 및 분리판 소재의 가격만 비교했을 때도 양이온교환막 수전해 대비 약 3000배 정도 제조비용이 저렴하다. 그러나 양이온교환막 수전해 대비 성능이 낮고, 운전 시간이 100시간이 채 되지 않는 내구성 문제가 있어 상업적으로 활용되지 못하고 있었다.

이에 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 1000시간 이상의 뛰어난 내구성으로 세계 최고의 전지 성능인 7.68A/㎠을 보였다. 이는 기존의 음이온교환 소재 대비는 약 6배, 고가의 상용 양이온교환막 수전해 기술(6A/㎠) 대비 약 1.2배의 성능이다.

이는 그동안 음이온교환막 수전해에서 한계로 지적된 핵심소재의 성능과 내구성을 극복하고, 국내 기술로 양이온교환막 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.

KIST 이소영 박사는 “그린 수소 생산비용을 획기적으로 낮출 수 있는 수전해 기술 세대교체의 발판을 마련한 것”이라고 설명했다.