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[IT뉴스]“내구성10배·성능20%↑” 韓 연구진…세계최고 ‘수소’ 생산기술 확보

온카뱅크관리자

2024-06-03 12:01:07

<div id="layerTranslateNotice" style="display:none;"></div>  <strong class="summary_view" data-translation="true">- 한국화학연구원, 고성 수전해용 음이온교환막 소재 개발</strong> 
        <div class="article_view" data-translation-body="true" data-tiara-layer="article_body" data-tiara-action-name="본문이미지확대_클릭"> 
         <section dmcf-sid="4aTqrLIiFj">
          <figure class="figure_frm origin_fig" dmcf-pid="8XVNUYqy0N" dmcf-ptype="figure">
           <p class="link_figure"><img alt="음이온교환소재(HQPC-TMA)를 개발한 한국화학연구원 이장용(왼쪽) 박사 연구팀. [한국화학연구원 제공]" class="thumb_g_article" data-org-src="https://t1.daumcdn.net/news/202406/03/ned/20240603120108693kuym.jpg" data-org-width="800" dmcf-mid="yfBntSphF1" dmcf-mtype="image" height="auto" src="https://img3.daumcdn.net/thumb/R658x0.q70/?fname=https://t1.daumcdn.net/news/202406/03/ned/20240603120108693kuym.jpg" width="658"></p>
           <figcaption class="txt_caption default_figure">
            음이온교환소재(HQPC-TMA)를 개발한 한국화학연구원 이장용(왼쪽) 박사 연구팀. [한국화학연구원 제공]
           </figcaption>
          </figure>
          <p dmcf-pid="6ZfjuGBW0a" dmcf-ptype="general">[헤럴드경제=구본혁 기자] 국내 연구진이 친환경 그린수소를 생산하는 수전해 기술의 성능과 내구성을 동시에 잡을 핵심기술 개발에 성공했다.</p>
          <p dmcf-pid="PyBntSphFg" dmcf-ptype="general">한국화학연구원 이장용·김성준 박사 연구팀은 최근 연구 논문에서 음이온 교환막 수전해 장치에 적용 시, 해외 상용 소재 대비 성능 및 내구성이 월등히 향상된 고분자량화 폴리카바졸계 음이온교환 소재 기술을 개발했다.</p>
          <p dmcf-pid="QWbLFvUluo" dmcf-ptype="general">이 기술은 급격히 커지고 있는 음이온교환막 시장에서 우수 소재에 대한 높은 수요를 충족시킬 뿐 아니라, 국내 산업계의 빠른 상용화와 시장 선점에 기여할 것으로 전망된다.</p>
          <p dmcf-pid="xYKo3TuSUL" dmcf-ptype="general">그린수소 생산 기술 중 음이온교환막 수전해 방식은 기존 기술의 단점을 보완하고 장점을 함께 갖춘 차세대 기술로 주목받고 있다.</p>
          <div dmcf-pid="yesFNxkPun" dmcf-ptype="general">
           <p>그러나 전해질막 및 이오노머(전극 바인더)로 활용되는 음이온교환 소재의 낮은 성능 및 내구성이 상용화에 걸림돌이었다.</p>
          </div>
          <figure class="figure_frm origin_fig" dmcf-pid="WdO3jMEQ0i" dmcf-ptype="figure">
           <p class="link_figure"><img alt="연구팀에서 개발한 음이온교환소재(HQPC-TMA) 및 이를 이용해 제조한 고품위 전해질막.[한국화학연구원 제공]" class="thumb_g_article" data-org-src="https://t1.daumcdn.net/news/202406/03/ned/20240603120110100gmya.jpg" data-org-width="378" dmcf-mid="piH2Cjva7h" dmcf-mtype="image" height="auto" src="https://img3.daumcdn.net/thumb/R658x0.q70/?fname=https://t1.daumcdn.net/news/202406/03/ned/20240603120110100gmya.jpg" width="658"></p>
           <figcaption class="txt_caption default_figure">
            연구팀에서 개발한 음이온교환소재(HQPC-TMA) 및 이를 이용해 제조한 고품위 전해질막.[한국화학연구원 제공]
           </figcaption>
          </figure>
          <p dmcf-pid="YJI0ARDxpJ" dmcf-ptype="general">최근에는 미국, 캐나다, 독일 등 기술 선진국을 중심으로 우수한 음이온교환소재가 개발되어 상용화되고 있다. 국내 기업에서도 상용화에 힘쓰고 있으나, 핵심 부품인 교환막과 전극을 만드는 소재 대부분을 해외에서 수입하고 있어 국산화가 절실하다.</p>
          <p dmcf-pid="G4AYd2LKpd" dmcf-ptype="general">화학연 연구진은 튼튼하고 분자구조 조절이 용이한 폴리카바졸(PC, Polycarbazole)계 소재를 설계, 분자량을 높이는 기술을 적용하여 수소 생산 성능과 내구성을 높인 이온교환소재(HQPC-TMA)를 개발했다. 이 소재로 만든 음이온교환막 및 셀은 기존 상용화된 소재보다 10배 우수한 내구성과 20% 이상 높은 이온 전도 성능(이온전도도) 등 세계 최고의 성능을 나타냈다.</p>
          <p dmcf-pid="H8cGJVo9Fe" dmcf-ptype="general">이장용 박사팀은 2020년 우수한 음이온 전도 성능 및 화학적 안정성을 갖는 폴리카바졸 기반의 음이온교환소재(QPC-TMA)를 개발한 바 있다. 이번에 개발한 소재 (HQPC-TMA)는 이전 소재에 사슬 연장기(chain extender)를 도입하여 분자량을 더욱 증대시키고, 정제 과정을 추가해 저분자량 물질은 효과적으로 제거함으로써, 성능과 내구성 모두 개선시킨 소재다.</p>
          <div dmcf-pid="X6kHifg2FR" dmcf-ptype="general">
           <p>연구팀의 실험 결과, 개발 소재(HQPC-TMA)는 80℃의 고농도 알칼리 용액(3M KOH 수용액)에서 2,500시간 경과 후에도 이온전도도가 거의 100% 유지될 정도로 매우 높은 화학적 안정성을 보였다. 이는 상대적으로 온화한 일반 평가 조건에서 초기 음이온전도도 대비 97% ~ 60%의 이온전도도 보존율을 보인 기존 소재들에 비해 우수한 결과다.</p>
          </div>
          <figure class="figure_frm origin_fig" dmcf-pid="ZFPEB52XUM" dmcf-ptype="figure">
           <p class="link_figure"><img alt="실험에 사용한 전기화학 평가 장치, 수전해 셀의 양극으로 담수 및 해수 전해액이 공급되며 전기에너지를 주어 수소를 생산한다. 수전해 셀의 앞쪽에 놓인 물품들은 개발된 음이온교환소재(HQPC-TMA)를 활용하여 제작된 수전해 셀의 핵심 소재(전극 및 전해질막).[한국화학연구원 제공]" class="thumb_g_article" data-org-src="https://t1.daumcdn.net/news/202406/03/ned/20240603120111650sxbi.jpg" data-org-width="378" dmcf-mid="f9G9INSgzA" dmcf-mtype="image" height="auto" src="https://img4.daumcdn.net/thumb/R658x0.q70/?fname=https://t1.daumcdn.net/news/202406/03/ned/20240603120111650sxbi.jpg" width="658"></p>
           <figcaption class="txt_caption default_figure">
            실험에 사용한 전기화학 평가 장치, 수전해 셀의 양극으로 담수 및 해수 전해액이 공급되며 전기에너지를 주어 수소를 생산한다. 수전해 셀의 앞쪽에 놓인 물품들은 개발된 음이온교환소재(HQPC-TMA)를 활용하여 제작된 수전해 셀의 핵심 소재(전극 및 전해질막).[한국화학연구원 제공]
           </figcaption>
          </figure>
          <p dmcf-pid="53QDb1VZUx" dmcf-ptype="general">또한 이 소재를 음이온교환막으로 활용, 비귀금속 전극과 결합한 수전해 셀을 제작하여 1000시간 동안 가속 평가를 실시한 결과, 동일 조건에서 기존에 보고된 가장 낮은 수전해 셀 열화 속도 대비 약 10배 느린 성능 감소 수치를 보여 개발 소재의 내구성이 매우 우수함을 다시 확인했다.</p>
          <p dmcf-pid="10xwKtf50Q" dmcf-ptype="general">특히 이를 활용한 수전해 셀은 기존 해외 우수 소재보다 월등한 수소 생산 성능을 보였다.</p>
          <p dmcf-pid="tvzJ5h3IuP" dmcf-ptype="general">연구팀은 현재 규모를 키우는 대용량 합성 연구와 대면적 강화막 제조 연구를 준비하고 있다. 해당 기술은 전기화학적 CO₂ 전환 장치 또는 연료전지에도 활용될 수 있어 다양한 분야에서 상용화가 기대된다.</p>
          <p dmcf-pid="FTqi1l0CF6" dmcf-ptype="general">이영국 한국화학연구원장은 “음이온교환막 수전해 기술이 상용화까지 이어져 핵심 소재 국산화 및 수소 경제 달성에 이바지하고, 우리나라 기업의 글로벌 시장 진입을 통해 신규 일자리 창출에도 기여할 것”이라고 말했다.</p>
          <p dmcf-pid="3qiC8uxpF8" dmcf-ptype="general">이번 연구결과는 에너지 과학기술 분야 국제학술지 ‘에너지 앤드 인바이런멘털 사이언스’에 4월 30일 온라인 공개됐다.</p>
          <p dmcf-pid="0Bnh67MUF4" dmcf-ptype="general">nbgkoo@heraldcorp.com</p>
         </section> 
        </div> 
        <p class="" data-translation="true">Copyright © 헤럴드경제. 무단전재 및 재배포 금지.</p>

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