국내 연구진이 일부 글로벌 기업만이 제조기술을 보유한 수소자동차 연료전지의 핵심 재료 '전해질' 물질을 만드는 기술을 국내 처음으로 개발했다. 전해질은 물 등 용매에 녹아 이온으로 변해 전류를 흐르게 하는 물질이다.

한국화학연구원(이하 화학연)은 박인준·소원욱·손은호 박사 연구팀이 박진수 상명대 교수, 이창현 단국대 교수 연구팀과 공동으로 수소 연료전지에 쓰이는 전해질 물질을 국내 처음으로 개발하는 데 성공했다고 17일 밝혔다.

수소자동차는 연료전지에서 수소와 산소의 화학적 반응으로 물이 배출되고 생성된 전기로 구동한다. 연료전지 내 수소를 통과시켜 산소와 반응을 일으키게 하는 분리막(원하는 원소만 화학반응으로 분리할 수 있는 소재)과 전해질 물질이 중요하다. 현재 가장 성능이 좋은 것은 구멍이 많은 분리막 소재 빈 공간에 '과불소계 술폰산 이오노머(PFSA)' 전해질을 투입해 만든 형태가 유일하다.

PFSA 이오노머.

특히 PFSA 물질을 만드는 기술은 공정이 복잡하고 까다로워 전세계 몇 개 기업만 확보하고 있다. PFSA를 만드는 데 필요한 공정은 9단계인데 전체 공정이 수분에 민감한 '무수분 공정'이다. 공정의 첫 단계 기초 원료인 불소 에틸렌은 폭발성이 강하고 이송이 불가능해 만들기 어렵다. 이같은 어려움으로 PFSA 기술은 국내에서 개발되지 못했고 글로벌 기업 듀폰사 제품이 시장 대부분을 점유해왔다.

연구팀은 3년 연구 끝에 기초 원료 물질 제조 기술, 원료 물질로부터 PFSA 전단계 물질인 단량체를 합성하는 공정, 불소 고분자를 중합하는 공정, 최종 결과물로 변환하는 공정 등 9단계 공정 전부를 개발했다. 개발한 최종 결과물은 현재 가장 높은 시장점유율을 가진 듀폰사 제품과 견줄 수 있는 우수한 성능을 보인 것으로 평가됐다.

화학연은 향후 시제품의 장기 안정성 평가, 제조공정의 최적 가동 조건 검증 등을 거쳐 관련 기업에 기술이전 및 상용화를 추진할 계획이다.

연구를 주도한 박인준(사진) 화학연 박사는 "PFSA 제조 공정은 미국, 일본, 독일 등 일부 선진국만 보유하고 있는 원천기술로 기술 수입도 불가능하다"며 "기술을 자체 개발해 앞으로 한국이 친환경 수소자동차 및 불소산업 분야 선도국으로 도약하는 데 기여할 것으로 기대된다"고 말했다.

한편 시장조사 업체 '프로스트&설리반(Frost&Sullivan)'에 따르면 수소자동차는 2015년 상용화 이후 출시가 늘어나 2022년에는 25만대가 생산돼 세계시장이 1조1000억원 규모에 달할 것으로 예상했다.