- 기존 전해질막 대비 수소화 반 > 기타문의

- 기존 전해질막 대비 수소화 반응 효율 개선, 내구성 40% 개선이창진 학생연구원이 SPAES 소재 분리막을 들어보이고 있다.[한국화학연구원 제공][헤럴드경제=구본혁 기자] 국내 연구진이 전기화학 방식의 수소 저장 기술 성능을 크게 향상시킬 수 있는 핵심기술 확보에 성공했다.한국화학연구원 소순용 박사, 연세대학교 이상영 교수 공동 연구팀은 ‘SPAES’라는 탄화수소 기반 고분자 전해질막을 적용, 전기화학적 LOHC(액체 유기 수소운반체) 수소화 방식에 쓰이는 차세대 수소 저장용 분리막 기술을 개발했다. 나피온(Nafion) 등 기존 상용화된 과불소계 양이온 교환막(PEM)의 단점이던 톨루엔 투과성을 60% 이상 줄이고 수소화 반응 효율은 72.8%까지 끌어올렸다.LOHC는 수소를 저장하고 운송하기에 적합한 액체 화합물이다. 기존 기체 수소는 압축(100 bar 이상) 및 액화(-252.9 ℃)를 통해 운송해야 하는 문제가 있어, 톨루엔과 같은 LOHC를 활용한 전기화학적 수소 저장이 주목을 받고 있다. 하지만 기존 톨루엔 전기화학적 수소 저장은 전기화학 장치 내 분리막을 통해 톨루엔이 반대쪽 전극으로 투과하여 손실되는 문제가 있다.기존 상용화된 과불소계 막(나피온 등)은 톨루엔 투과율이 높다는 문제가 있었다. 이로 인해 톨루엔의 손실뿐만 아니라, 수소화 반응 중 산소 발생 촉매를 오염시켜, 반응 효율이 하락하는 문제가 있었다.연구팀은 탄화수소 기반의 ‘SPAES 분리막’을 새로 설계, 분리막을 통한 프로톤 전달 성능은 유지하면서도 톨루엔 투과를 최소화했다. 고분자 전해질막의 친수성 도메인을 2.1나노미터로 좁혀 톨루엔 확산도를 낮춘 것이다.쉽게 비유하면 물길처럼 이온이 지나가는 막 속 통로(친수성 도메인)를 머리카락 굵기의 5만 분의 1 크기로 아주 좁게 설계한 것이다. 이 구조는 톨루엔 분자가 막 속으로 퍼지는 것을 방해하여, 톨루엔이 막을 통과하는 속도를 기존보다 약 20배나 느리게 만들었다.이번 연구결과가 게재된 국제학술지 ‘소재화학’ 2월호 표지.[한국화학연구원 제공]그 결과, 톨루엔 투과량은 60% 감소하고, 수소화 반응 효율을 나타내는 Faradaic 효율은 기존 나피온의 68.4% 보다 높은 72.8%를 기록했다. 장시간(48시간) 구동 성능도 우수했다. - 기존 전해질막 대비 수소화 반응 효율 개선, 내구성 40% 개선이창진 학생연구원이 SPAES 소재 분리막을 들어보이고 있다.[한국화학연구원 제공][헤럴드경제=구본혁 기자] 국내 연구진이 전기화학 방식의 수소 저장 기술 성능을 크게 향상시킬 수 있는 핵심기술 확보에 성공했다.한국화학연구원 소순용 박사, 연세대학교 이상영 교수 공동 연구팀은 ‘SPAES’라는 탄화수소 기반 고분자 전해질막을 적용, 전기화학적 LOHC(액체 유기 수소운반체) 수소화 방식에 쓰이는 차세대 수소 저장용 분리막 기술을 개발했다. 나피온(Nafion) 등 기존 상용화된 과불소계 양이온 교환막(PEM)의 단점이던 톨루엔 투과성을 60% 이상 줄이고 수소화 반응 효율은 72.8%까지 끌어올렸다.LOHC는 수소를 저장하고 운송하기에 적합한 액체 화합물이다. 기존 기체 수소는 압축(100 bar 이상) 및 액화(-252.9 ℃)를 통해 운송해야 하는 문제가 있어, 톨루엔과 같은 LOHC를 활용한 전기화학적 수소 저장이 주목을 받고 있다. 하지만 기존 톨루엔 전기화학적 수소 저장은 전기화학 장치 내 분리막을 통해 톨루엔이 반대쪽 전극으로 투과하여 손실되는 문제가 있다.기존 상용화된 과불소계 막(나피온 등)은 톨루엔 투과율이 높다는 문제가 있었다. 이로 인해 톨루엔의 손실뿐만 아니라, 수소화 반응 중 산소 발생 촉매를 오염시켜, 반응 효율이 하락하는 문제가 있었다.연구팀은 탄화수소 기반의 ‘SPAES 분리막’을 새로 설계, 분리막을 통한 프로톤 전달 성능은 유지하면서도 톨루엔 투과를 최소화했다. 고분자 전해질막의 친수성 도메인을 2.1나노미터로 좁혀 톨루엔 확산도를 낮춘 것이다.쉽게 비유하면 물길처럼 이온이 지나가는 막 속 통로(친수성 도메인)를 머리카락 굵기의 5만 분의 1 크기로 아주 좁게 설계한 것이다. 이 구조는 톨루엔 분자가 막 속으로 퍼지는 것을 방해하여, 톨루엔이 막을 통과하는 속도를 기존보다 약 20배나 느리게 만들었다.이번 연구결과가 게재된 국제학술지 ‘소재화학’ 2월호 표지.[한국화학연구원 제공]그 결과, 톨루엔 투과량은 60% 감소하고, 수소화 반응 효율을 나타내는 Faradaic 효율은 기존 나피온의 68.4% 보다 높은 72.8%를 기록했다. 장시간(48시간) 구동 성능도 우수했다. 전압 강하율이 나피온(1,270 mV/h)에 비해 SPAES 적용 시 약 40% 개선된 것이다.전극 오염 억제 효과도 입증되었으며, 분리막 자체의 화학적 안정성과 구조적 변화도 없어 장기 사용 가능성이 높은 것으로 나타났다.연구팀은