음이온 교환막 수전해용 음이온 교환소재 제조기술
한국화학연구원 화학소재연구본부 에너지소재연구센터 이장용 박사
화학 연료의 무분별한 사용을 초래한 온실가스의 배출과 이로 인한 지구온난화는 인류가 직면한 가장 큰 위협으로 여겨지고 있습니다.
이러한 상황으로 인해 그린수소 생산시스템에 활용할 수 있는 우수한 성능 및 내구성의 음이온 교환소재 합성 기술의 중요성이 점차 대두되고 있습니다.
기존의 양용 교환소재 기반 시스템의경우 백금 이리듐 촉매나 과불소계 멤브레인 등의 소재를 사용해 성능 및 내구성 측면에서 우수하다는 장점이 있지만
해당 소재가격이 매우 높고 산성분위기하에서 구동되므로 추가적인 소재 비용 및 높은 수준의 운용기술이 요구되어 상용화 및 해당 분야 신규진출에 한계가 있다는 단점이 있습니다.
반면에 음영교환소재 기반 시스템은 저가의 비계금속계 촉매인 니켈이나 구리 등의 사용이 가능할뿐 아니라 분리판 및 ptl 소재의 저가화 또한 가능하여
전체 시스템 가격을 낮출 수있다는 장점이 있습니다.
하지만 핵심 화학소재인 음이온 교환망 및 이오노머의 낮은 성능과 내구성은 전체 시스템 기술 상용화 및 수요시장확대를 저해하는 원인으로 지목되고있습니다.
한국화학연구원에서는 양용 교환소재보다 비용 부담이 적고, 기존 상용음이온 교환 소재 대비 성능과 내구성이 월등한 음이온 교환막 수련회용 음이온교환막과 이오노머 제조기술을 개발하였습니다.
해당 제조기술의 핵심은 음용 교환소재를 에너지 변환 및 저장시스템에 적용할 수 있도록 만드는것으로 한국화학연구원에서 개발된 음이온 교환형 이온 음원은 분말가루 형태의 전국 물질을 단단히 결합시킴으로써 전극증을 형성시키고 전국 측 내부에서 이온이 효과적으로 이동할 수 있는 채널을 형성하는역할을 합니다.
다음으로 수전의 핵심 소재인 음용교환막은 양극에서 음극으로 음이온을 선택적으로 이동시키는고체 전해질 역할을 합니다.
한국화학연구원에서는 이러한 기능이 보다 효과적으로 작용할 수 있도록 용매 용해성을 부여하고 분자량을 획기적으로 향상시켜 물리 및 화학적 안정성과 내구성이 향상된 음용 교환 막을 제조하였습니다.
이처럼 성능 및 물리적 화학적 안정성이 향상된 폴리카바졸계의 음이온교환 소재 기반의 음이온교환막 및 이오노머는 수전의 시스템의 성능 및 내구성을 향상시 킬뿐만 아니라 제조 방법 및 대용량 합성이 용이하여 상업적 활용이 가능합니다. 해당 음이온교환소재의 제조기술은 수소를 생성하는 수전의 이외에도 연료전지, 전기화학적 이산화탄소 전환장치용 분리막 및 이오노머의 용도로 활용할 수 있으며,
레독스 흐름 잔치 정기화학적 암모니아 합성 등 다양한 에너지 변화 및 저장시스템에서도 핵심 소재로도 적용 가능합니다.
이처럼 한국학연구원에서는 다양한 분야에 적용가능한 음이온교환 소재 제조 기술을통해 국내 그린 수소 생산 시장의 높은 부가가치를 형성해 나가겠습니다.