[서울=뉴스핌] 김영섭 기자 = 미국·일본·독일 등 극히 일부 선진국 몇 개 기업만 보유해온 수소자동차의 핵심 연료전지 기술을 국산화하는 데 성공했다. 

한국화학연구원 박인준·소원욱·손은호 박사팀은 상명대 박진수·단국대 이창현 교수팀과 함께 수소자동차 연료전지의 핵심 재료인 전해질 물질을 국내에서 처음으로 개발했다고 17일 밝혔다. 전해질 물질은 물 등의 용매에 녹여 전류가 흐르도록 한다. 

수소자동차는 연료전지에서 수소와 산소의 화학적 반응으로 물이 배출되고 전기가 생성되는 원리로 움직인다. 따라서 연료전지 내의 수소를 통과시켜 산소와 반응을 일으키게 하는 분리막과 전해질 물질이 중요하다. 분리막은 여러 원소와 전해질이 혼합돼 있는 물질 중에서 원하는 원소만 화학반응을 통해 분리할 수 있는 막소재를 말한다. 

연료전지 구조도, 가정용 PEMFC 전해질 막, 담수 및 염수전해용 분리막, 에너지 저장장치 [자료=한국화학연구원]

분리막과 전해질의 종류에는 여러 가지가 있다. 현재 가장 성능이 좋은 것은 구멍이 많은 분리막 소재의 빈 공간에 ‘과불소계 술폰산 이오노머’(Perfluorinated Sulfuric Acid Ionomer·PFSA) 전해질을 투입해 만든 형태가 유일하다.

이 물질을 만들 수 있는 기술은 공정이 대단히 복잡하고 까다로워 전세계 몇 개 기업만 보유하고 있다. 지금까지 글로벌 기업 듀폰사 제품이 관련 시장 대부분을 점유해온 이유다.  

박인준 박사팀은 기초 원료물질 제조 기술, 원료 물질로부터 PFSA 전단계 물질인 단량체를 합성하는 공정, 불소 고분자를 중합하는 공정, 최종 결과물로 변환하는 공정 등 9단계의 공정 전부를 개발하는 데 성공했다. 

상명대·단국대 연구팀은 개발된 물질의 물성 및 성능을 평가하고 ㈜시노팩스와 코멤텍은 분리막 적용과 성능 평가를 수행했다. 

이번 기술은 상업 공정 적용이 가능한 하루 5kg 생산 규모의 공정을 건설‧운영해 얻은 기술로서, 향후 상용화에 직접 적용할 수 있다. 또 개발한 최종 결과물은 현재 가장 높은 시장점유율을 가진 듀폰사 제품과 견줄 수 있는 우수한 성능을 갖고 있다. 

화학연은 향후 시제품의 장기 안정성 평가, 제조공정의 최적 가동 조건 검증 등을 거쳐 관련 기업에 기술이전과 상용화를 추진할 계획이다. 

수소자동차는 2015년 상용화 이후 출시가 늘어나 2022년에는 25만대가 생산될 것으로 예측된다. 세계시장은 1.1조원 규모로 예상된다. 

한국화학연구원 화학소재연구본부 박인준 박사

연구책임자 박 박사는 “PFSA 제조 공정은 모든 유기불소 산업 기술이 융합돼야 하는 원천기술”이라며 “기술 수입도 불가능해 제품만 수입하던 실정에서 기술을 자체 개발함으로써 수소자동차 및 불소산업 분야의 선도국으로 도약하는 발판을 마련했다”고 연구의의를 밝혔다. 

kimys@newspim.com