국내 연구진이 차세대 연료전지로 불리는 '음이온 교환막 연료전지'의 핵심소재를 국산화하는데 성공했다. 이번 연구 성과는 국내 기업에 기술 이전돼 연내 상용화될 예정이다.
한국화학연구원은 이장용 화학소재연구본부 박사팀이 음이온 교환막 연료전지에 쓰이는 음이온 교환소재(바인더 및 분리막)의 제조 기술을 개발해 국내 기업인 주식회사 SDB에 이전했다고 30일 밝혔다.
음이온 교환막 연료전지는 기존 양이온 교환막 연료전지에 비해 제조비용을 크게 낮출 수 있어 전 세계가 주목하고 있는 차세대 연료전지 후보다. 그러나 국내에서 관련 기술을 보유한 기업은 없어 독일 푸마테크와 일본 도쿠야마 등에서 100% 수입한다.
화학연 연구팀이 개발한 음이온 교환소재는 '전극 바인더'와 '분리막'이다. 연료전지에서 바인더는 분말가루 형태의 전극을 단단히 결합시키고 전극층 내부에서 이온이 이동할 수 있는 통로를 형성한다.
또 이온교환막이라고도 부르는 분리막은 양극에서 음극으로 음이온(수산화이온)을 선택적으로 이동시키는 통로 역할을 한다. 이 막은 고체 상태의 전해질로 음이온 교환막 연료전지의 핵심소재로 꼽힌다.
이들 소재로 음이온 교환막 연료전지를 만들면 기존 소재보다 성능과 내구성이 우수하다는 장점이 있다. 음이온 교환막 연료전지는 현재 산업계에서 사용 중인 양이온 교환막 연료전지보다 제조비용이 적게 드는 장점이 있었으나 성능과 내구성은 떨어졌다.
이번 연구에 따라 음이온 교환소재의 성능과 내구성이 기존보다 좋아졌다. 바인더의 경우 이온전도도는 3배 이상 향상됐고, 화학적 안정성 역시 높아졌다. 그러나 내구성 부분은 아직까지 양이온 교환소재를 완전히 대체할 수 있는 수준은 아니다.
이에 따라 이번 음이온 교환막 연료전지는 자동차나 건물용 연료전지를 대체하기보다 상대적으로 이용 빈도가 낮아 높은 내구성을 요구하지 않는 'UPS(Un-interrupted Power System‧무정전 전원 공급장치)'에 적용할 수 있을 것으로 보인다.
이장용 박사는 "연료전지 시장에서 소재는 10%를 차지할만큼 중요하다"며 "SDB와 함께 산업적 파급효과가 큰 음이온 교환소재를 상용화시키고, 가격을 낮추기 위한 원천기술 연구 개발에 힘을 쏟겠다"고 말했다.
에너지 조사기관 '네비건트 리서치'에 따르면 글로벌 이온 교환막 연료전지 시장규모는 2024년 15조원에 달할 것으로 예상된다. 이온교환소재(바인더 및 분리막) 시장은 전체의 10%인 약 1조5000억원에 이를 것으로 전망된다.