안정성 높고 효율 유지하는 '수전해 분리막' 기술 개발…

2020.01.10 11:26
조원철 한국에너지기술연구원 수소연구실 선임연구원은 수전해 안정성을 높이면서도 효율은 유지한 분리막 제조기술을 개발했다. 한국에너지기술연구원 제공
조원철 한국에너지기술연구원 수소연구실 선임연구원은 수전해 안정성을 높이면서도 효율은 유지한 분리막 제조기술을 개발했다. 한국에너지기술연구원 제공

전기로 물을 분해해 수소를 얻는 수전해용 분리막의 안정성을 높이면서도 에너지 효율을 유지하는 기술이 국내에서 개발됐다. 만드는 과정도 쉬워 상용화한다면 현재는 전량 해외에서 수입해오는 분리막의 국산화에 기여할 것으로 기대를 모은다.  

 

조원철 한국에너지기술연구원 수소연구실 선임연구원은 수전해의 안정성은 높이면서도 효율은 그대로 유지하는 수전해용 분리막 기술을 개발했다고 이달 10일 밝혔다.

 

수전해는 전기화학반응을 이용해 수소와 산소를 생산하는 기술이다. 재생에너지 보급이 확대되면서 남는 재생에너지를 어떻게 쓸지에 대한 고민도 커지고 있다. 재생에너지는 원할 때 원하는 양을 생산할 수 없어 에너지가 남는다. 재생에너지는 직류로 생산되기 때문에 주파수를 조정해줘야 하는 점도 문제다. 수전해를 활용하면 이를 완충해 에너지를 담는 수소로 전환할 수 있어 기술 개발이 활발히 진행되고 있다.

 

수전해에서 중요한 요소 중 하나는 수소와 산소가 섞이지 않게 하면서 이온은 통하게 하는 분리막이다. 이온 전달을 위해 분리막은 작은 구멍(세공)을 만들 수밖에 없는데, 이 사이로 수소와 산소가 만나면 폭발할 위험이 있다. 하지만 안전을 위해 세공을 줄이면 저항이 증가해 전압 효율이 떨어지는 문제가 있었다.

 

연구팀은 분리막의 세공 크기를 기존 분리막이 갖던 150마이크로미터(㎛·100만 분의 1m)에서 80㎛로 줄이면서도 전압 효율을 유지하는 분리막을 개발했다. 연구팀은 저항을 줄이기 위해 분리막에 들어가는 친수성 성분인 지르코니아 입자를 분리막에 균질하게 분포하도록 만들어 전압 효율을 높였다. 조 선임연구원은 “지르코니아 입자는 분리막 내부에만 몰려있는 등 잘 퍼지지 않는데 이를 잘 퍼트리는 기술을 개발해 저항을 떨어트렸다”고 설명했다.

 

연구팀이 개발한 분리막은 필름 캐스팅 방식으로 합성돼 대량 생산도 가능하다. 필름 캐스팅은 기판 위에 얇게 퍼트린 후 굳혀 제품을 생산하는 방식이다. 조 선임연구원은 “어느 공정에나 쉽게 적용할 수 있어 기술 상용화에 기여할 수 있다”고 말했다.

 

조 선임연구원은 “분리막은 벨기에가 제품 대부분을 생산하고 있고 한국은 해외서 전량 수입한다”며 “이번 분리막 개발로 국산화 기술 개발에 큰 기여를 할 것으로 기대된다”고 말했다.

연구결과는 지난달 13일 국제학술지 ‘인터내셔널 저널 오브 에너지 리서치’에 실렸다.

 

연구팀이 개발한 수전해 분리막의 모습이다. 한국에너지기술연구원 제공
연구팀이 개발한 수전해 분리막의 모습이다. 한국에너지기술연구원 제공

 

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