[월간수소경제 편집부] 일본 산업기술총합연구소(AIST, 이하 산총연) 재생에너지연구센터 수소‧열시스템팀과 표면처리 전문기업인 산노(SANNO)가 전기도금만으로 간단하게 팔라듐구리(PdCu)합금막을 형성하는 기술을 개발했다. 이번 연구 결과를 통해 PdCu합금막을 이용하는 수소정제장치의 실용화 시점을 한층 앞당길 수 있을 것으로 보인다.

세계적으로 이산화탄소 배출량 저감 문제가 이슈로 떠오르고 있다. 이에 따라 이용 과정에서 이산화탄소를 배출하지 않는 친환경 에너지로서 수소에 대한 기대가 높아지고 있다. 연료전지는 수소와 산소의 화학반응을 이용해 전기 및 열을 생산한다. 다양한 유형의 연료전지 가운데 고체고분자형 연료전지(PEFC)는 수소전기차, 가정‧건물용 연료전지 시스템 등 폭넓게 이용되고 있다. 다만 PEFC는 정제 과정을 거친 고순도 수소를 연료로 투입해야 한다.

수소정제법 중에서는 단일 공정으로 순도 100%의 수소를 제조할 수 있는 ‘금속계 수소분리막’이 주목을 모으며, 특히 PdCu합금은 내구성과 촉매 기능이 뛰어나 세계적으로 연구 개발이 진행되고 있다.

하지만 기존의 막 형성법으로는 전처리나 박막화 과정에 있어 여러 프로세스가 필요해, 보다 간단한 막 형성법 개발이 요구되어 왔다.

이에 산총연 재생에너지연구센터 수소‧열시스템팀 엔도 나루키 주임연구원, 고쇼메 키요타카 연구원, 마에다 테츠히코 연구팀장은 산노의 사업개발부와 협업해 강도가 높으면서도 치밀한 PdCu합금막을 전기도금 한 단계만으로도 간단하게 형성하는 기술을 개발했다.

이번 기술 개발은 산총연 후쿠시마재생에너지연구소(FREA)의 ‘재해 지역 기업 시드 지원 프로그램’의 일환으로 진행되었다.

도금액에 기판을 넣어 전기를 흘리는 것만으로도 두께 20μm 이하의 균일한 PdCu합금막을 형성할 수 있다. 형성 과정이 간단하고 제작비용이 저렴할 뿐만 아니라, 기존 압연법으로 만든 PdCu합금막보다 강도가 높은 것으로 나타났다.

또한 수소정제용 PdCu합금막은 기계적 강도 및 수소투과성이 높고, 막의 품질이 전체적으로 균일할 필요가 있다. 이러한 합금막을 만들기 위해서는 팔라듐(Pd)과 구리(Cu)의 합금비율이나 결정구조제어 등을 최적화해야 한다.

연구팀은 전기도금으로 수소정제용 PdCu합금막을 형성하기 위한 최적의 합금비율과 얼룩이 적게 나타나는 금속 석출법 2종을 발견했다. 이에 따라 압연법보다 간단하면서도 에너지를 절약할 수 있는 전기도금을 이용해 수소정제용 PdCu합금막을 형성할 수 있게 되었다.

앞으로 연구팀은 면적이 넓은 도금막을 형성하기 위한 도금 기술 확립과 내구성 향상을 추진할 계획이다. 도금막 단일 품목은 1~2년 내, 도금막을 이용한 수소정제장치는 3년 내 실용화를 목표로 한다.