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한국화학연구원, 차세대 연료전지 핵심소재 하반기 상용화(주)SDB에 기술이전..."UPS 등에 우선 적용"
한국화학연구원이 개발한 음이온 교환형 바인더(왼쪽)와 분리막.

국내 연구진이 개발한 차세대 연료전지의 핵심소재가 국산화됐다. 올해 하반기 상용제품이 출시된다.

한국화학연구원 화학소재연구본부 이장용 박사팀은 ‘음이온 교환막 연료전지’에 쓰이는 음이온 교환소재(바인더 및 분리막)의 제조 기술을 국산화하고 국내 기업인 ㈜SDB(대표 김호선)에 이전했다고 30일 밝혔다.

이번에 개발된 음이온 교환소재는 음이온 교환막 연료전지(AEMFC)에 쓰는 전극 바인더와 분리막이다. 연료전지에서 바인더는 분말가루 형태의 전극을 단단히 결합시키고 전극층 내부에서 이온이 이동할 수 있는 채널을 형성하며, 분리막(이온교환막)은 고체 전해질로 양극에서 음극으로 음이온(수산화이온)을 선택적으로 이동시키는 채널 역할을 한다.

이장용 한국화학연구원 책임연구원

연구진은 기존 상용 음이온 교환소재의 성능과 내구성을 혁신적으로 개선했다. 이번에 개발한 소재는 상분리(이온의 이동 체널인 친수성부분과 고분자의 소수성 부분의 뚜렷한 분리 현상) 특성이 우수해 동일한 이온교환능(이온 교환 반응을 할 수 있는 능력)을 갖는 상용 바인더와 비교할 때 이온전도도가 3배 이상 향상됐다.

다만, 연구진은 이번 제조기술 개발이 양이온 교환소재를 완전히 대체할 수 있는 수준은 아니라고 설명했다.

이장용 박사는 “성능은 양이온 교환소재와 동등하지만, 내구성이 양이온 교환소재에 미치지 못한다”며 “이 점은 연구진이 여전히 풀어야 할 숙제”라고 말했다.

이 박사는 “이에 따라 이번에 개발한 음이온 교환막 연료전지는 당장 자동차나 건물용 연료전지를 대체하기 보다 고품질 내구성이 그다지 요구되지 않는 UPS(Un-interrupted Power System‧무정전 전원 공급장치)에 적용이 가능할 것”으로 내다봤다.

이 박사는 또 “이번에 개발한 소재가 최근 논란이 되고 있는 일본의 수출규제 대상에는 포함되지 않지만, 국내에는 생산 기술이 전혀 없는 상황에서 자체 개발했다는 의미가 있다”고 덧붙였다.

음이온 교환막 연료전지는 기존 양이온 교환막 연료전지에 비해 제조비용을 대략 3분의 2정도 낮출 수 있어 각광받고 있다. 독일과 일본이 이 시장을 선점했고, 미국과 캐나다가 제품 개발을 활발히 진행하는 등 이들 두 나라를 맹추격하고 있다.

국내에서는 음이온 교환소재 관련 상용기술을 보유한 기업이 없어 100% 전량 독일 푸마테크와 일본 도쿠야마에서 수입하고 있다.

한국화학연구원이 개발한 음이온 교환막 연료전지의 산업 적용 예시도.

음이온 교환소재는 특히 연료전지 이외에도 수전해, 레독스 흐름 전지, 전기화학적 이산화탄소 전환기술 등에 활용하고 있다.

에너지 조사기관 ‘네비건트 리서치’에 따르면, 전 세계 이온 교환막 연료전지 시장규모는 2024년 15조 원에 달할 것으로 예상되며, 이온교환소재(바인더 및 분리막) 시장은 전체의 10%인 1조 5000억 원 정도로 예상된다.

한편, 이번 연구는 과학기술정보통신부의 한국연구재단 기후변화대응기술개발사업의 결과로 이뤄졌다.

◇기술이전 받은 ㈜SDB는.

김성길 회장의 사업을 김호선 대표가 물려 받았다. 지난 2013년 창립 30주년 때 공장을 시화 지구로 옮겨 제2창업을 선포하고 유, 무기 정밀화학 분야 연구개발 투자를 진행하며 친환경 제품과 녹색 기술 개발에 적극 나서고 있는 기업이다.
본래 건설업을 하다 지난 1995년 우레탄 방수/바닥재 전문 제조업체로 업종을 변경했다. 이어 2009년부터는 화학과 기계 사업 두 분야에서 방수 및 바닥용 고분자 용액사업과 PET병 제조 장비 사업을 신성장 동력 아이템으로 삼아 주력해 왔다.

박희범 기자  snews@s-news.kr

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