새로 개발된 음이온 교환형 바인더(좌) 및 분리막(우) [화학연 제공]

[헤럴드경제=이정아 기자] 일본의 경제보복 대응을 위한 핵심소재 국산화 목소리가 커지는 가운데 국내 연구진이 차세대 연료전지로 불리는 ‘음이온 교환막 연료전지’(AEMFC)의 핵심소재를 국산화하는데 성공했다. 이는 일본과 독일에서 전량 수입하는 소재로 연구팀은 올해 하반기 내로 상용제품을 출시한다는 계획이다.

한국화학연구원은 이장용 화학소재연구본부 분리막연구센터 연구팀이 AEMFC에 쓰이는 음이온 교환소재의 제조기술을 개발해 이를 한국 기업 SDB에 이전했다고 30일 밝혔다.

현재 산업계에서는 연료전지 중 성능과 내구성이 우수한 ‘양이온 교환막 연료전지’(PEMFC)를 주로 활용하고 있다. 하지만 촉매로 값비싼 백금을 쓰다 보니 가격이 비싼 게 단점이었다. PEMFC에서 백금 촉매가 차지하는 가격 비중은 60%에 달한다.

반면 AEMFC는 니켈과 구리 등 값싼 촉매를 사용해 제조단가가 크게 떨어진다. 또 연료전지 뿐 아니라 수처리와 전기투석 시스템에도 활용될 수 있다. 하지만 핵심소재인 음이온 교환소재의 성능과 내구성이 떨어지는 게 문제였다.

이에 연구팀은 AEMFC에 쓰는 전극 바인더와 분리막의 성능과 내구성을 개선시켰다. 바인더는 분말가루로 이뤄진 연료전지 전극을 결합시키고 전극층 내부에서 이온이 이동할 수 있는 채널 역할을 한다. 분리막은 고체 전해질로 양극에서 음극으로 음이온만을 이동시키는 채널 역할을 한다. 연구팀은 기존의 바인더와 비교해 이온전도도가 3배 이상 향상됐고 화학적 안정성이 높아졌다고 전했다.

다만 양이온 교환소재를 완전히 대체할 수 있는 수준이 아니라는 점이 여전히 풀어야 할 숙제다. 성능은 양이온 교환소재와 동등하지만, 내구성이 양이온 교환소재에 미치지 못하기 때문이다. 이장용 박사는 “이번에 개발한 AEMFC는 당장 자동차나 건물용 연료전지를 대체하기보다 상대적으로 이용 빈도가 낮아 높은 내구성을 요구하지 않는 무정전 전원 공급장치(UPS)에 적용할 수 있을 것으로 보인다”고 설명했다.

현재 음이온 교환소재 시장은 기술 선진국의 각축장이다. 기존 생산국인 독일과 일본 이외에도 미국과 캐나다까지 제품 개발에 뛰어들었다. 최근 미국과 캐나다는 관련 소재 생산 기업을 설립해 신규 제품을 발표했다. 하지만 한국은 독일 푸마테크와 일본 도쿠야마 등으로부터 음이온 교환소재를 100% 전량 수입하고 있는 형편이다. 국내에는 관련 상용기술을 보유한 기업도 없다.

에너지 조사기관 ‘네비건트 리서치’에 따르면, 전 세계 이온 교환막 연료전지 시장규모는 2024년 15조원에 달할 것으로 예상된다. 이온교환소재인 바인더와 분리막 시장은 전체의 10%인 1.5조원 정도로 예상된다.

dsun@heraldcorp.com