한국화학연구원(원장 이미혜)은 김태호·안수민 박사, 강원대학교 조용훈 교수 공동 연구팀이 양이온 교환막 수전해 장치에 적용 시 수소 이온은 원활히 이동하면서 수소 기체의 투과는 억제할 수 있는 가지사슬 구조의 새로운 전해질막 소재를 개발했다고 1일 밝혔다.

연구팀은 튼튼한 화학구조를 가지면서 수소 이온 전달 기능이 부여된 ‘가지사슬(고분자 주 사슬에 하나 이상 블록이 곁 사슬로 도입된 구조)’을 도입했다. 수소 이온을 전달하는 부분과 막 강도를 유지하는 부분이 나노미터(㎚) 크기로 분리되게 설계했다.

이 결과 수소 이온이 원활하게 이동할 수 있으면서 수소 기체 투과는 억제하고, 상충관계의 기능을 동시 확보한 전해질막을 개발했다. 개발 전해질막은 80℃에서 1.6배 이상 향상된 수소 이온 전도도, 기존 대비 3분의 1 수준의 낮은 수소 기체 투과율을 보였다. 이를 수전해 장치에 적용한 결과, 1.9볼트(V)에서 약 6000밀리암페어(㎃)/㎠ 전류밀도를 나타냈다.

이는 기존 상용막 대비 80% 이상 증가한 수치다. 개발 전해질막은 불소계 화합물을 사용하지 않아 제조와 폐기 시 환경문제 발생 우려가 적고 가격도 저렴하다. 향후 그린수소 생산단가를 크게 낮출 수 있을 것으로 기대된다.

이 원장은 “이번 성과는 상용 수전해 전해질막이 가지는 성능과 안전성 한계를 뛰어넘을 수 있는 원천 소재 기술”이라며 “100% 수입에 의존하는 기존 고가 제품을 대체할 수 있는 국산화 소재 기술이 될 것”이라고 말했다.

박정환 기자 pjh@ggilbo.com