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2022년 10월 01일 (토)
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재료연, 음이온교환막 수전해 스택 기술 국산화

최승목 연구팀·화학연구원 이장용 연구팀과 공동 연구
시스템에 적용하지 못하던 소재, 상용 가능 수준 개발
수입하던 수전해 소재·부품·시스템 국산화…수출 기대

  • 기사입력 : 2022-08-15 17:24:26
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  • 한국재료연구원(원장 이정환)은 최승목 박사 연구팀이 한국화학연구원(이하 화학연) 이장용 박사 연구원팀과 융합연구를 통해 비귀금속 기반의 장수명·고효율 음이용교환막 수전해 스택 기술을 국내 처음으로 개발하는 데 성공했다고 11일 밝혔다.

    ACS Energy Letters지에 게재된 표지 사진.
    ACS Energy Letters지에 게재된 표지 사진.
    음이온교환막 수전해 스택 모식도(왼쪽)와 장기 내구성 성능 평가 그래프
    음이온교환막 수전해 스택 모식도(왼쪽)와 장기 내구성 성능 평가 그래프

    연구팀은 고활성·고내구 비귀금속 촉매·전극 소재와 고성능 음이온교환 소재를 개발하고 이를 수전해 시스템에 적용해 기술을 완성했다.

    재료연은 고활성·고내구 비귀금속 촉매 소재 합성 기술과 대면적 전극 공정 기술, 막전극접합체 제조 기술 및 스택 조립/운전 기술을, 화학연은 음이온교환 소재 및 고분자 분리막 제조 기술을 각각 맡았다.

    공동 연구팀은 이 기술을 상용 대면적 다중셀 스택에 적용해 저위발열량 기준 수소 발생 효율 75.6%, 수소 1㎏ 생산에 필요한 소비 전력 44㎾/h, 연속 운전 2000시간 동안 성능 감소율 0.2%를 달성했다.

    대면적 산소발생전극과 수소발생전극(왼쪽)과 표면처리된 신규 산소발생전극(eCCO) 및 기존산소발생전극.
    대면적 산소발생전극과 수소발생전극(왼쪽)과 표면처리된 신규 산소발생전극(eCCO) 및 기존산소발생전극.

    기존 연구는 개발된 소재를 수전해 시스템에 적용하지 못했고 성능평가도 소재 단위에 그쳤다. 이와 달리 공동 연구팀은 소재 및 미니셀 단위의 연구를 넘어 핵심 원천 소재와 부품을 상용 가능 수준의 스택에 적용해 실증 수준의 연구 성과를 보여줬다.

    그린수소 생산을 위한 수전해 세계시장 규모는 2030년 기준 약 1800조원로 예상된다. 국내에서도 2.5MW급 수전해 기반 수소생산 기지 구축사업이 시작되는 등 수전해 시장이 확대되고 있지만, 수전해 관련 소재 및 부품 등은 거의 수입에 의존하고 있다.

    때문에 이번 기술 개발은 소재, 부품, 시스템 국산화에 의한 수입 대체 효과는 물론, 해외로의 수출도 가능할 것으로 기대된다.

    이장용 화학연 책임연구원
    이장용 화학연 책임연구원
    최승목 최승목 재료연 책임연구원
    최승목 최승목 재료연 책임연구원

    최승목 재료연 책임연구원은 “장수명 고내구 수전해 스택을 국내 기술로 개발한 이번 연구성과는 수전해 시스템 상용화에 가장 중요한 난제 중 하나를 해결한 것”이라며 “기술이 상용화되면 수전해 소재·부품 국산화와 함께 글로벌 수전해 시장도 선도할 수 있을 것”이라고 말했다.

    이번 연구 결과는 세계적 학술지인 에이씨에스 에너지 레터스誌에 게재됐다.

    현재 연구팀은 전류밀도 증가를 통한 수소생산량 증대, 장수명 확보 등 음이온교환막 수전해 스택 상용화를 위한 후속 연구를 진행하고 있다.

    김정민 기자 jmkim@knnews.co.kr

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