[월간수소경제 성재경 기자] 한국화학연구원의 김태호·안수민 박사 연구팀이 강원대 조용훈 교수팀과 공동으로 수전해 장치를 활용해 친환경 수소를 생산할 때 성능을 80% 향상하는 전해질막을 개발했다고 1일 밝혔다.

연구팀은 수소이온(H+)을 전달하는 부분과 막의 강도를 유지하는 부분을 나노미터(nm, 10억분의 1ｍ) 크기로 분리된 구조로 설계했다. 이를 통해 수소이온의 이동을 원활하게 유지하면서 수소 기체의 투과는 억제한다.

연구팀이 개발한 전해질막은 기존 상용막과 비교해 80℃에서 1.6배 이상 향상된 수소이온 전도도와 기존보다 약 3분의 1 수준의 낮은 수소 기체 투과율을 나타냈다.

수전해 장치에 적용한 결과 1.9V에서 약 6,000mA/㎠의 전류밀도를 나타냈으며, 이는 같은 조건에서 기존 상용막을 적용한 결과보다 80% 이상 증가한 수치라고 설명했다.

기존 양이온교환막(PEM) 수전해 장치는 보통 ‘나피온’이라 부르는 불소계 전해질막을 적용하고 있다. 불소계 고분자막은 가격이 비싸고 수소 기체 투과율이 높아 수전해 장치의 비용과 안전성에 한계가 있다.

화학연은 양이온교환막 수전해 적용을 위해 처음으로 ‘가지사슬’ 구조의 탄화수소계 전해질막 제조기술을 확보했다. 높은 전도성과 낮은 기체투과율을 겸비하면서 생산단가를 저렴하게 가져갈 수 있다.

다만 상용화된 불소계 나피온 분리막과 비교했을 때 대면적화 과정에서 내구성 확보가 큰 숙제로 남아 있다.

김태호 에너지소재연구센터장은 “스케일업을 위한 합성, 대면적 제막기술 개발에 2~3년 정도 소요될 것으로 본다”며 “5년 안에는 실용화를 목표로 하고 있다”고 말했다.

한편, 이번 연구결과는 과학기술 분야 국제학술지 ‘ACS Energy Letters’ 2022년 12월호 표지 논문으로 게재됐다.