PFSA 이오노머국내 연구진이 수소자동차 연료전지 핵심 재료인 전해질 물질의 국산화에 성공했다. 이에 따라 우리나라도 친환경 수소자동차의 선도국으로 도약할 계기를 마련했다. 수소자동차는 수소와 산소 간 화학적 반응으로 물을 배출하고 전기를 생성하는 연료전지의 힘으로 움직여 차세대 친환경차로 꼽힌다.
한국화학연구원은 박인준·소원욱·손은호 박사팀이 상명대학교 박진수·단국대학교 이창현 교수팀 등과 함께 전해질 물질을 국내 최초로 개발했다고 17일 밝혔다.
수소차는 연료전지 내 수소를 통과시켜 산소와 반응을 일으키게 하는 분리막과 전해질 물질이 구동 기술의 핵심이다. 현재 가장 성능이 좋은 것은 구멍이 많은 분리막 소재 공간에 ‘과불소계 설폰산 이오노머’(PFSA) 전해질을 투입하는 형태다. 소재를 만들려면 기초 원료에서부터 9단계의 공정을 설계·운영해야 하는데 모든 공정이 적은 양의 수분도 들어가서는 안 된다. 기초 원료인 불소 에틸렌은 폭발성이 강하고 이송도 불가능하다. 불소계 개시제(반응을 시작하게 하는 화합물)도 극저온 환경에서 만들어 바로 써야만 한다. 이렇게 소재와 공정이 까다로워 그동안 PFSA 기술 관련 시장은 글로벌 기업 듀폰이 장악해왔다.
과불소계 설폰산 이오노머를 만들기 위한 핵심 단량체 제조기술과 중합 원천공정 설명도.하지만 화학연구원 연구팀은 3년 간의 노력 끝에 9단계 공정 전부를 국산화했다. 상명대·단국대 연구팀은 개발 물질 물성·성능을 평가했다. 시노팩스와 코멤텍은 분리막 적용과 성능 평가를 수행했다. 해당 기술은 하루 5㎏ 생산 규모 공정을 건설·운영해 얻었다. 상업적인 적용이 가능하다. 원료로부터 단량체가 나오는 비율(단량체 수율)이 57％로, 듀폰 제품과 견줄 수 있는 우수한 성능을 가지고 있다. 단위 면적당 이온이 지나가는 양(이온전도도)과 1㎏에서 이온이 교환되는 수치(이온교환능)도 높다.
박인준 박사는 “PFSA 제조공정은 모든 유기 불소산업 기술이 융합돼야 할 정도로 어려운 분야”라며 “기술이전을 통해 상용화를 추진해 친환경 수소자동차와 불소산업 분야 선도국으로 도약하도록 뒷받침하겠다”고 의미를 부여했다. 이 연구는 산업통상자원부 한국에너지기술평가원 에너지기술개발사업 지원으로 수행했다. /고광본 선임기자 kbgo@sedaily.com
