에너지연구원, 수소 생산성 극대화한 차세대 수전해 분리막 기술 개발

기사내용 요약
세계 최고 고성능·고안전성 차세대 알칼라인 기술 확보
해외 상용 분리막 대비 수소 생산 밀도 3배 향상
알칼라인 수전해 분리막·평가 플랫폼 기술 GS건설㈜에 이전

[대전=뉴시스] 에너지연구원이 개발한 30㎾급 알칼라인 수전해 스택 및 운전 장치 모습. *재판매 및 DB 금지

[대전=뉴시스] 김양수 기자 = 국내 연구진이 그린수소 생산을 극대화 할 수 있는 세계 최고 수준의 고성능·고안전성 분리막을 개발해 민간에 기술이전했다.

한국에너지기술연구원은 수소연구단 조현석 박사팀이 알칼라인 수전해 장치의 수소 생산밀도를 대폭 향상시킬 수 있는 고성능·고안전성의 분리막을 자체 기술로 개발하는데 성공했다고 4일 밝혔다.

이 기술은 해외 상용 제품 대비 수소 생산 밀도는 3배 이상 높고 수소와 산소의 혼합에 의한 폭발 위험은 대폭 낮출 수 있다.

그린수소 생산기술 중 알칼라인 수전해 기술은 알칼라인 용액의 물을 분해해 수소를 생산하는 기술로 다른 기술 대비 저가의 전극과 분리막 소재를 사용하고 기술적 성숙도와 장기 내구성이 높아 대용량의 그린수소를 생산하기에 적합하다.

하지만 상용 분리막은 친수성 세라믹 입자의 분포가 불균일하고 미세구조가 치밀하지 않아 이온 전도도가 낮으며 수소와 산소의 혼합을 쉽게 억제할 수 없는 단점이 있다.

이번에 조 박사팀은 분리막 제작 조건의 최적화를 통해 40㎚n(나노미터) 크기의 미세 나노 기공으로 구성된 치밀한 다공성 구조 구현에 성공, 기존 단점을 극복했다.

미세 나노기공 주변에 친수성 세라믹입자들을 조밀하고 균일하게 분포시켜 굴곡률은 높이고 수소와 산소 혼입은 현저히 억제하면서도 조밀한 친수성 세라믹입자를 따라 수산화 이온의 이동경로를 극대화했다. 이를 통해 이온전도를 큰 폭으로 향상시켰다.

국내 통상적인 수전해 장치는 0.4A/㎠ 이하의 전류밀도에서 고위발열량 기준 80% 미만의 효율을 보이는 반면 연구진이 개발한 분리막을 단일 셀에 적용해 실제 알칼라인 수전해 장치 운전환경에서 평가한 결과, 전류밀도를 3배 높인 1.2A/㎠ 이상에서도 80% 이상의 높은 효율로 수소를 생산, 우수성이 입증됐다.

연구팀은 또 실험실 규모에서 알칼라인 수전해 스택의 스케일-업(확대) 기술을 확보하고 검증할 수 있는 평가 플랫폼도 구축했다.

연구진이 개발한 알칼라인 수전해 분리막과 스택 평가 플랫폼 기술은 GS건설㈜에 이전됐다.

연구진은 현재 개발한 분리막을 900㎠ 면적으로 확대해 30㎾급 알칼라인 수전해 스택에 적용, 평가 플랫폼에서으 검증을 수행하고 있으며 기업과 연계해 2025년까지 ㎿급 상용 수전해 적용을 위한 ㎡면적의 스케일-업 기술 개발에 도전중이다.

조현석 박사는 "이번 분리막 기술은 국내기술을 통해 그린수소 시장을 선도할 수 있는 경쟁력을 얻었다는 데 의의가 크다"며 "국내 수전해 시장의 확장을 위해 현재 기술에 만족하지 않고 국내 수요 기업과 협력해 핵심 소재와 부품 기술의 상용화에 노력할 것"이라고 말했다.

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