화학연, 고분자 전해질막 개발… 수소 에너지 상용화 ‘성큼’
[충청투데이 윤경식 기자] 국내 연구진이 전기화학 방식의 수소저장 기술 성능을 크게 향상시킬 수 있는 고분자 전해질막을 개발해 수소 에너지의 상용화가 한층 가속화될 것으로 기대된다.
한국화학연구원은 소순용 박사(수소에너지연구센터), 이상영 연세대 교수 공동연구팀이 탄화수소 기반 고분자 전해질 막을 적용해 차세대 수소 저장용 분리막 기술을 개발했다고 20일 밝혔다.
LOHC(액체 유기 수소운반체)는 수소를 저장·운송에 적합한 액체 화합물이다.
기체 형태의 수소는 압축·액화를 통해 운송해야 해 톨루엔과 같은 LOCH를 활용한 전기화학적 수소저장이 주목받고 있으나 톨루엔을 활용한 수소저장은 전기화학 장치 내 분리막을 통해 톨루엔이 반대쪽 전극으로 투과해 손실된다는 한계가 있었다.
특히 기존에 상용화된 과불소계(나피온 등) 막은 톨루엔 투과율이 높아 톨루엔의 손실, 산소 발생 촉매 오염으로 인한 반응 효율 하락 등이 문제였다.
이에 연구팀은 탄화수소 기반의 ‘SPAES 분리막’(특수 고분자 분리막)을 설계해 프로톤 전달 성능을 유지하면서도 톨루엔 투과를 최소화했다.
그 결과 톨루엔 투과량은 60% 감소했으며 수소화 반응 효율도 기존 나피온의 효율(68.4%) 보다 높은 72.8%를 기록했다.
이와 함께 장시간(48시간) 구동 성능도 우수한 것으로 나타났으며 전압 강하율도 약 40% 개선된 것으로 확인됐다.
연구팀은 이번 연구 성과에 대해 발생한 전기를 바로 저장할 수 있는 통합형 소자 개발과 함께 독립형 고효율 수소 저장 시스템을 구축한다면 오는 2030년경 상용화가 가능할 것이라고 전망했다.
연구진은 “이번 연구는 전기화학 기반 수소 저장 기술의 병목이었던 분리막의 한계를 극복한 성과”라며 “기존 수소저장·운송 기술의 대안을 제시했다”고 말했다.
이어 이영국 화학연 원장은 “이번 기술은 다양한 친환경 에너지 시스템에 적용 가능성이 커 수소 경제 활성화에 기여할 것으로 기대된다”고 덧붙였다.
한편 이번 연구 한국화학연구원 기본사업인 ‘K2030 사업’ 과학기술정보통신부·한국연구제단의 ‘나노소재기술개발사업’의 지원으로 수행됐다.
윤경식 기자 ksyoon1102@cctoday.co.kr