일본·독일 수입 의존하는 차세대 연료전지 핵심소재 국산화

2019.07.30 12:39
이장용 한국화학연구원 화학소재연구본부 분리막연구센터 책임연구원 연구팀은 음이온 교환막 연료전지 핵심소재를 국산화하는데 성공했다고 밝혔다. 한국화학연구원 제공
이장용 한국화학연구원 화학소재연구본부 분리막연구센터 책임연구원 연구팀은 음이온 교환막 연료전지 핵심소재를 국산화하는데 성공했다고 밝혔다. 한국화학연구원 제공

국내 연구팀이 차세대 연료전지로 주목받는 ‘음이온 교환막 연료전지(AEMFC)’ 핵심소재를 국산화하는 데 성공했다. 일본과 독일에서 전량 수입하는 소재로 연구팀은 올해 하반기 내로 상용제품을 출시한다는 계획이다.

 

한국화학연구원은 이장용 화학소재연구본부 분리막연구센터 책임연구원 연구팀이 AEMFC에 쓰이는 음이온 교환소재의 제조기술을 개발해 이를 한국 기업 SDB에 이전했다고 이달 29일 밝혔다.

 

현재 산업계에서는 연료전지 중 양이온 교환막 연료전지(PEMFC)를 성능과 내구성이 우수해 주로 활용하고 있다. 하지만 촉매로 값비싼 백금을 쓰다 보니 가격이 비싼 게 단점이다. PEMFC에서 백금 촉매가 차지하는 가격 비중은 60%에 달한다. 반면 AEMFC는 니켈과 구리 등 값싼 촉매를 사용해 제조단가가 크게 떨어진다. 또한 연료전지 뿐 아니라 수처리와 전기투석 시스템에도 활용될 수 있다. 하지만 핵심소재인 음이온 교환소재의 성능과 내구성이 떨어지는 게 문제다.

 

연구팀은 AEMFC에 쓰는 전극 바인더와 분리막을 새로 개발했다. 바인더는 분말가루로 이뤄진 연료전지 전극을 결합시키고 전극층 내부에서 이온이 이동할 수 있는 채널 역할을 한다. 분리막은 고체 전해질로 양극에서 음극으로 음이온만을 이동시키는 채널 역할을 한다. 연구팀은 바인더에 쓰이는 고분자 소재의 특성을 개선해 딱딱하면서도 상분리를 극대화시켜 기존 상용 바인더와 비교해 이온전도도를 3배 이상 높이는 데 성공했다.

 

음이온 교환소재는 성능 면에서는 양이온 교환소재를 따라잡았지만 내구성은 따라잡지 못한 게 숙제다. 연구팀이 개발한 소재도 양이온 교환소재의 3분의 1 수준의 내구성을 가졌다. 이 책임연구원은 “새로운 AEMFC는 당장 자동차나 건물용 연료전지를 대체하기보다는 상대적으로 이용 빈도가 낮아 높은 내구성이 필요하지 않은 무정전 전원 공급장치(UPS) 등에 활용될 수 있을 것”이라고 말했다.

 

이 책임연구원에 따르면 음이온 교환소재는 연료전지 이외에도 레독스 흐름전지, 수전해 기술 등에 활용될 수 있어 2010년부터 관련 연구가 활발하게 진행됐으나 한국 소재 제품은 아직 없다. 한국은 독일 푸마테크와 일본 도쿠야마 등에서 음이온 교환소재를 전량 수입하고 있다. 연구팀은 지난 5월 31일 한국 기업인 SDB에 제조 기술을 이전하고 올해 하반기까지 함께 상용제품을 출시한다는 목표를 세웠다.

 

에너지 조사기관 ‘네비건트 리서치’는 전 세계 이온 교환막 연료전지 시장규모가 2024년 15조원으로 성장할 것으로 예상했다. 이 중 이온교환소재 시장은 10%를 차지할 것으로 예상했다. 이 책임연구원은 “연료전지의 소재 시장이 전체의 10%나 되는 것은 엄청 큰 규모”라며 “이번 기술이전을 계기로 SDB와 함께 음이온 교환소재를 상용화시키고 가격을 낮추기 위한 원천기술 연구 개발에 힘을 쏟겠다”고 말했다.

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