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‘수소차’ 연료전지 핵심 재료 국산화

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2018년 09월 17일 18:05 프린트하기

PFSA 이오노머. - 사진 제공 한국화학연구원
PFSA 이오노머. - 사진 제공 한국화학연구원

국내 연구팀이 수소자동차에 쓰이는 연료전지의 핵심 재료인 ‘전해질’을 국산화하는 데 처음 성공했다. 전해질은 물 등의 용매에 녹아 양(+) 또는 음(-)의 전기를 띠는 이온을 발생시켜 전류가 흐를 수 있게 해 주는 물질이다. 연료전지 내에서 연료인 수소를 산소에 반응시키는 역할을 한다.


한국화학연구원 계면재료화학공정연구센터 박인준·소원욱 책임연구원과 손은호 선임연구원팀은 박진수 상명대 교수, 이창현 단국대 교수팀과 함께 현재 가장 널리 쓰이는 연료전지 전해질인 ‘과불소계 술폰산 이오노머(PFSA)’의 제조 공정을 개발하는 데 성공했다고 17일 밝혔다.


PFSA는 기초 원료부터 완성품까지 총 아홉 단계의 공정을 거쳐야 하는 복잡하고 까다로운 재료다. 기초 재료인 불소에틸렌은 폭발성이 강한데다 운송이 불가능하다. 공정에 필요한 화학 반응을 일으키는 화학물질(개시제)도 상온에서는 만들 수 없어 매우 늦은 온도에서 만든 뒤 바로 이용해야 한다. 이와 별개로, 아홉 단계 전 과정이 모두 물에 닿으면 위험해, 물이 전혀 닿지 않게 세심하게 공정을 설계해야 한다. 이런 이유로PFSA는 미국, 독일, 일본 등 전세계 몇 개국 기업만이 만들 수 있었고, 한국 역시 글로벌 화학기업인 듀폰 사로부터 대부분의 제품을 수입해 연구해 왔다.


연구진은 30여 년 축적한 불소계 화합물 제조 기술을 바탕으로 3년간 연구한 끝에 PFSA를 만드는 아홉 단계의 공정을 모두 자체 개발하는 데 성공했다. 상명대와 단국대는 이렇게 만든 물질의 물성과 성능을 검증했고, ㈜시노팩스와 코멤텍은 이를 연료전지의 분리막에 적용해 성능을 평가했다.

 

전체 공정. -사진 제공 한국화학연구원
전체 공정. -사진 제공 한국화학연구원

실제로 5kg의 PFSA를 생산할 수 있는 공정을 건설해 운영하며 기술을 얻어, 상용화에 절대적으로 유리한 위치에 서 있다는 점이 장점이다. 연구팀은 “제품의 성능은 현재 가장 높은 시장점유율을 보이는 듀폰 사 제품과 비슷하다”며 “경쟁력이 충분하다”고 밝혔다. 박 연구원은 “기술 수입도 불가능해 제품만 수입하던 실정이었는데 자체 개발한 기술을 보유하게 됐다”며 “한국이 수소차 선진국으로 도약하는 데 보탬이 되면 좋겠다”고 말했다.


화학연은 시제품의 장기 안정성을 평가하고 제조 공정이 최적으로 가동될 조건을 검증한 뒤 기업에 기술이전을 할 예정이다.
 

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