獨·日에만 의존했던 '차세대 연료전지' 핵심소재 국산화

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한국화학연구원이 그동안 일본과 독일에서 전량 수입해 온 차세대 연료전지 핵심소재를 국산화했다. 상당한 수입 대체효과는 물론이고 일본의 전략무기화에 대응할 수 있는 토대도 마련됐다.

한국화학연구원은 최근 음이온 교환막 연료전지(AEMFC)용 음이온 교환소재 제조기술을 개발, SDB(대표 김호선)에 이전해 하반기 중 상용제품으로 출시할 계획이라고 30일 밝혔다.

화학연이 개발한 음이온 교환형 바인더(사진 왼쪽)와 분리막(오른쪽)
<화학연이 개발한 음이온 교환형 바인더(사진 왼쪽)와 분리막(오른쪽)>

AEMFC는 기존 양이온 교환막 연료전지(PEMFC)를 대체할 차세대 연료전지다. 백금 촉매를 다량 사용하는 PEMFC와 달리 비귀금속 촉매를 사용한다. 가격이 저렴하고 수처리·전기투석 시스템, 레독스 흐름전지에도 쓸 수 있다.

전지 핵심이 되는 것이 음이온 교환소재로, 바인더와 분리막이 이에 해당한다. 바인더는 분말 형태 전극을 단단히 결합시켜 전극층 내 이온 이동 통로를 형성한다. 분리막은 양극에서 음극으로 음이온을 선택 이동시키는 채널 역할을 한다.

문제는 국내 기술이 전무하다는 것이다. 우리나라는 그동안 일본 도쿠야마, 독일 푸마테크로부터 전량 수입에 의존하고 있다.

음이온 교환소재 활용 예시
<음이온 교환소재 활용 예시>

화학연은 기존 AEMFC 음이온 교환소재가 갖고 있던 내구성·이온전도도 문제도 해결했다. 소재 기반이 되는 사슬형 고분자 물질 안에 취약 구조를 해소, 내구성을 높였다. 또 이온 이동에 핵심 역할을 하는 '상분리' 특성을 극대화 해 이온전도도를 기존 대비 세 배나 높였다. 이온 이동 통로인 친수성 부분, 이에 반대되는 소수성 부분이 뚜렷하게 분리되는 현상을 뜻한다. 상분리 현상으로 이온 이동 통로가 만들어진다.

이장용 화학연 분리막연구센터 박사는 “세계 이온교환막 연료전지 시장은 2024년 15조원에 달할 전망으로, 이번에 개발한 바인더와 분리막 시장은 이 가운데 10%가 될 것으로 예상된다”며 “SDB와 함께 음이온 교환소재를 상용화하고 가격을 낮추는 원천기술 연구 개발에 힘쓰겠다”고 말했다.

대전=김영준기자 kyj85@etnews.com