화학연, 분리막 설계로 수소운반체 성능 대폭

화학연, 분리막 설계로 수소운반체 성능 대폭 화학연, 분리막 설계로 수소운반체 성능 대폭 향상소순용 한국화학연구원 책임연구원과 이상영 연세대 교수 공동 연구진이 차세대 수소 저장용 분리막을 개발했다./한국화학연구원 국내 연구진이 전기화학 방식의 수소 저장 기술을 크게 개선할 수 있는 고분자 전해질막을 개발했다.소순용 한국화학연구원 책임연구원과 이상영 연세대 교수 공동 연구진은 탄화수소 기반 고분자 전해질막을 적용한 차세대 수소 저장용 분리막을 개발했다고 20일 밝혔다. 분리막은 장치 내 양극과 음극이 접촉하지 않도록 분리하는 역할을 한다.액체 유기 수소운반체(LOHC)는 수소를 저장할 수 있는 액체 물질로, 흔히 톨루엔이 쓰인다. 톨루엔에 수소를 붙이면 메틸사이클로헥산(MCH)이 되는데, 이 반응을 활용해 수소를 저장하거나 꺼낸다. 하지만 톨루엔을 LOHC로 사용하는 경우, 전기화학 장치 내 분리막을 통해 톨루엔이 반대쪽 전극으로 투과해 손실되는 문제가 있었다.연구진은 탄화수소 기반의 ‘SPAES 분리막’을 새로 설계해 성능은 유지하면서도 톨루엔 투과를 최소화했다. 마치 이온이 지나가는 막 속 통로를 머리카락 굵기의 5만분의 1 두께로 아주 좁게 설계한 것이다. 이 구조는 톨루엔 분자가 막 속으로 퍼지는 것을 방해해 톨루엔이 막을 통과하는 속도를 기존보다 약 20배나 느리게 만들었다.그 결과, 톨루엔 투과량은 60% 감소하고, 수소화 반응을 나타내는 효율은 기존 막의 68.4%보다 높은 72.8%를 기록했다. 48시간 동안 구동 성능도 우수했다. 전극 오염 억제 효과도 입증됐으며, 분리막 자체의 화학적 안정성과 구조적 변화도 없어 장기 사용 가능성이 높은 것으로 나타났다.연구진은 향후 발생한 전기를 바로 저장할 수 있는 통합형 소자 개발과 함께 독립형 고효율 수소 저장 시스템을 구축한다면 2030년경 상용화가 가능할 것으로 전망했다. 이영국 화학연 원장은 “이번 기술은 수소연료전지차, 수소 발전 등 다양한 친환경 에너지 시스템에 적용 가능성이 커, 수소 경제 활성화에 기여할 것으로 기대된다”고 밝혔다.이번 연구 결과는 재료와 에너지 분야의 국제 학술지 ‘소재 화학 A(Journal of Materials Chemistry A)’에 지난 2월 표지 논문으로 게재됐다.참고 자료Journal of Materials Chemistry A(2화학연, 분리막 설계로 수소운반체 성능 대폭 향상소순용 한국화학연구원 책임연구원과 이상영 연세대 교수 공동 연구진이 차세대 수소 저장용 분리막을 개발했다./한국화학연구원 국내 연구진이 전기화학 방식의 수소 저장 기술을 크게 개선할 수 있는 고분자 전해질막을 개발했다.소순용 한국화학연구원 책임연구원과 이상영 연세대 교수 공동 연구진은 탄화수소 기반 고분자 전해질막을 적용한 차세대 수소 저장용 분리막을 개발했다고 20일 밝혔다. 분리막은 장치 내 양극과 음극이 접촉하지 않도록 분리하는 역할을 한다.액체 유기 수소운반체(LOHC)는 수소를 저장할 수 있는 액체 물질로, 흔히 톨루엔이 쓰인다. 톨루엔에 수소를 붙이면 메틸사이클로헥산(MCH)이 되는데, 이 반응을 활용해 수소를 저장하거나 꺼낸다. 하지만 톨루엔을 LOHC로 사용하는 경우, 전기화학 장치 내 분리막을 통해 톨루엔이 반대쪽 전극으로 투과해 손실되는 문제가 있었다.연구진은 탄화수소 기반의 ‘SPAES 분리막’을 새로 설계해 성능은 유지하면서도 톨루엔 투과를 최소화했다. 마치 이온이 지나가는 막 속 통로를 머리카락 굵기의 5만분의 1 두께로 아주 좁게 설계한 것이다. 이 구조는 톨루엔 분자가 막 속으로 퍼지는 것을 방해해 톨루엔이 막을 통과하는 속도를 기존보다 약 20배나 느리게 만들었다.그 결과, 톨루엔 투과량은 60% 감소하고, 수소화 반응을 나타내는 효율은 기존 막의 68.4%보다 높은 72.8%를 기록했다. 48시간 동안 구동 성능도 우수했다. 전극 오염 억제 효과도 입증됐으며, 분리막 자체의 화학적 안정성과 구조적 변화도 없어 장기 사용 가능성이 높은 것으로 나타났다.연구진은 향후 발생한 전기를 바로 저장할 수 있는 통합형 소자 개발과 함께 독립형 고효율 수소 저장 시스템을 구축한다면 2030년경 상용화가 가능할 것으로 전망했다. 이영국 화학연 원장은 “이번 기술은 수소연료전지차, 수소 발전 등 다양한 친환경 에너지 시스템에 적용 가능성이 커, 수소 경제 활성화에 기여할 것으로 기대된다”고 밝혔다.이번 연구 결과는 재료와 에너지 분야의 국제 학술지 ‘소재 화학 A(Journal of Materials Chemistry A)’에 지난 2월 표지 논문으로 게재됐다.참고 자료Journal of Materials Chemistry A(2025), DOI: 화학연, 분리막 설계로 수소운반체 성능 대폭