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LG화학 연구원들이 그린수소를 생산하는 핵심 소재인 수전해용 계면 안정화 촉매 기술을 개발한 후 기념 촬영하고 있다./LG화학 제공

[투데이에너지 신영균 기자] LG화학이 차세대 그린수소 생산 소재를 상용화할 수 있는 가능성을 높여 글로벌 업계가 주목하고 있다. LG화학은 희귀 백금족 금속인 이리듐(Ir)으로 장기간 안정적으로 수소를 생산할 수 있는 PEM(고분자 전해질막) 수전해 전극 기술을 개발했다. 특히 이리듐을 소량만 활용하고도 이를 실현할 수 있어 관심이 고조되고 있다. 이에 차세대 그린수소 생산 소재를 상용화할 수 있는 기대감이 커지고 있다.

LG화학은 26일 CTO 산하 기반 기술연구소 연구팀이 PEM 수전해 전극 성능과 내구성을 획기적으로 향상시키는 계면 안정화 기술을 개발했다고 밝혔다. 이번 연구에는 고재현 한국과학기술연구원(KIST) 선임연구원 연구팀이 개발 소재의 작동 원리 규명에 참여했다. 연구 성과는 앞서 이달 21일 세계 최상위 학술지 네이처 커뮤니케이션즈에 게재됐다.

(왼쪽부터) LG화학의 수전해용 핵심 소재이자 부품인 수전해 셀, 이리듐 촉매, 전극, 막전극접합체(MEA)가 정렬해있다./LG화학 제공

그린수소는 탈탄소 사회 실현을 위한 핵심 에너지원으로 신재생에너지에서 얻은 전기로 물을 분해해 생산된다. 이를 가능하도록 해주는 친환경 수전해 기술이 주목받고 있다. 특히 PEM 수전해는 알칼라인 수전해보다 수소 생산성이 높고 우수한 출력 대응성을 바탕으로 차세대 그린수소 생산 기술로 평가받고 있다.

다만 PEM 수전해 장치 전극에는 고가 희귀금속인 이리듐 촉매가 사용돼 경제성 확보가 주요 과제다. 특히 전극에 이리듐이 적게 사용되면 촉매 용출과 전극 구조 열화가 발생해 장시간 운전 시 성능이 저하될 수 있다. 이에 따른 설비 교체 주기 단축과 운영비 증가가 PEM 수전해 기술 상용화 확대에 최대 난제로 지적돼 왔다.

LG화학은 촉매 계면 안정화 기술로 이를 해결했다. 이리듐 촉매 표면에 원자 단위 코팅층을 적용해 과도한 산화에 따른 이리듐 용출을 억제하는 동시에 전극 내 이온 전도성 고분자와 결합력을 높여 전극 구조 안정성을 강화했다. 그 결과 이리듐 사용량을 기존 대비 절반 이상 줄이며 높은 전류 밀도 조건에서 안정적인 수소 생산 시간을 기존 대비 2배 이상 연장하는데 성공했다. 이는 PEM 수전해 시스템의 초기 투자비와 유지 보수 비용을 절감하는데 기여할 것으로 기대된다.

또한 LG화학은 독자적인 전극화 기술을 기반으로 연속 공정을 활용한 대면적 전극 제작과 성능 검증을 완료하며 대량 생산 및 상용화 가능성을 확인했다. 공동저자 중 한명인 김노마 LG화학 전무이자 기반기술연구소장은 "현재 다수의 글로벌 수전해 시스템 기업과 제품 평가를 진행 중"이라며 "해당 전극 제품을 상업화할 수 있도록 기술 개발을 이어갈 계획"이라고 밝혔다.

심규석 LG화학 CTO 전무는 "이번 연구 성과는 LG화학의 소재 기술 경쟁력이 세계적으로 인정받은 사례"라며 "차세대 수소 생산 기술 경쟁력을 확보할 수 있도록 다양한 연구개발을 지속 확대할 것"이라고 말했다.

■ 용어 설명

이리듐(Iridium) = 수전해 과정에서 물을 산소와 수소로 분해하는 촉매 역할을 하는 희귀 금속.

PEM(Polymer Electrolyte Membrane) = 고분자 전해질막으로 전기를 이용해 물을 분해 후 고순도 수소를 생산하는 수전해 방식

수전해 전극 기술 = 전기와 촉매를 이용해 물을 수소와 산소로 분해하는 핵심 전극 제조 기술

출처 : 투데이에너지(https://www.todayenergy.kr/)