▲ 한국화학연구원이 개발한 음이온 교환형 바인더(왼쪽)와 분리막.

국내 연구진이 차세대 연료전지라 불리는 '음이온 교환막 연료전지'의 핵심소재를 국산화해 기술이전에 성공했다.

음이온 교환막 연료전지는 기존 양이온 교환막 연료전지에 비해 제조비용을 크게 낮출 수 있어 기술 선진국들이 연구개발에 힘을 쏟고 있는 차세대 연료전지다.

한국화학연구원은 화학소재연구본부 이장용 박사팀이 음이온 교환막 연료전지에 쓰이는 '음이온 교환소재(바인더 및 분리막)'의 제조 기술을 개발해 국내 기업인 ㈜SDB에 기술이전했다고 30일 밝혔다.

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 형성한다. 분리막(이온교환막)은 고체 전해질로 양극에서 음극으로 음이온(수산화이온)을 선택적으로 이동시키는 채널 역할을 한다.

화학연구원에 따르면 현재 산업계에서는 양이온 교환막 연료전지(PEMFC)가 성능과 내구성이 우수해 많이 쓰이지만, 촉매로 값비싼 백금을 이용돼 가격이 매우 비싸다.

실제 백금 촉매가 양이온 교환막 연료전지에서 차지하는 비중은 60%에 달한다.

이에 반해 음이온 교환막 연료전지(AEMFC)는 니켈과 구리 등 비귀금속계 촉매를 사용해 제조비용을 크게 낮출 수 있고 관련 기술은 연료전지뿐만 아니라 수처리, 전기투석(ED·Electro Dialysis)시스템에도 활용될 수 있어 산업계의 관심이 높다.

하지만 핵심소재인 음이온 교환소재(바인더 및 분리막)의 성능과 내구성이 떨어지는 한계를 갖고 있다.

이번에 화학연구원 연구진은 상용 음이온 교환소재의 성능과 내구성 개선에 집중, 기존의 성능부분서 갖고 있던 난제를 해결했다.

연구진의 음이온 교환소재는 상분리 특성이 우수해 동일한 이온교환능(이온 교환 반응을 할 수 있는 능력)을 갖는 상용 바인더와 비교할때 이온전도도가 3배 이상 향상됐고 화학적 안정성도 매우 높다.

그러나 성능은 양이온 교환소재와 동등하지만 내구성이 양이온 교환소재에 미치지 못해 아직 양이온 교환소재를 완전히 대체할 수 있는 수준은 아니다.

이로 신규 음이온 교환막 연료전지는 당장 자동차나 건물용 연료전지를 대체하기보다 상대적으로 이용 빈도가 낮아 높은 내구성을 요구하지 않는 UPS(무정전 전원 공급장치) 등에 적용할 수 있을 것으로 보인다.

기술을 이전받은 SDB는 해당 기술을 활용, 올 하반기 중 상용제품을 출시한다는 방침이다.

연구책임자 이장용 박사는 "상용 음이온 교환소재는 성능면에서는 우수하지만 아직 내구성 부분에서는 과제를 안고 있다"면서 "향후 내구성 부분도 해결키 위해 연구할 예정이며 이를 해결한다면 차세대 연료전지분야서 대단히 큰 변화가 있을 것"이라고 말했다.

그는 또 "연료전지의 소재 시장이 전체의 10%나 되는 것은 엄청 난 규모"라며 "이번 기술이전을 계기로 ㈜SDB와 함께 산업적 파급효과가 큰 음이온 교환소재를 상용화시키고 가격을 낮추기 위한  원천기술 연구 개발에 더 힘을 쏟겠다”고 덧붙였다.

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