원자 단위 코팅층으로 이리듐 용출과 과도한 산화 동시 억제
연속 공정 기반 대면적 전극 제작과 성능 검증까지 완료
핵심 요약
- LG화학은 7월 26일 PEM 수전해 전극의 이리듐 사용량을 기존보다 절반 이상 줄이고 안정적인 수소 생산 시간을 2배 이상 늘리는 기술을 개발했다고 밝혔다.
- LG화학 CTO 산하 기반기술연구소 연구팀의 연구 결과는 7월 21일 국제학술지 네이처 커뮤니케이션즈에 게재됐다.
- LG화학은 연속 공정 기반 대면적 전극 제작과 성능 검증을 마치고 다수의 글로벌 수전해 시스템 기업과 제품 평가를 진행하고 있다.
LG화학은 7월 26일 PEM(고분자전해질막) 수전해 전극의 이리듐(Ir) 사용량을 기존보다 절반 이상 줄이면서 안정적인 수소 생산 시간을 2배 이상 늘리는 계면안정화 기술을 개발했다고 밝혔다.
LG화학 CTO 산하 기반기술연구소 연구팀은 저이리듐 전극의 성능 저하 원인으로 꼽히는 촉매 용출과 전극 구조 열화 문제를 계면 안정화 방식으로 해결했다. 한국과학기술연구원(KIST) 고재현 선임연구원 연구팀은 개발 소재의 작용 기작 규명에 참여했으며, 연구 결과는 7월 21일 국제학술지 네이처 커뮤니케이션즈(Nature Communications)에 게재됐다.
PEM 수전해는 고분자전해질막을 이용해 물을 분해하고 수소를 생산하는 기술이다. 알칼라인 수전해보다 수소 생산성과 출력 대응력이 높아 태양광·풍력 등 재생에너지와 연계한 차세대 그린수소 생산 방식으로 주목받는다.
김노마 LG화학 기반기술연구소장(전무)은 “현재 다수의 글로벌 수전해 시스템 기업과 제품 평가를 진행하고 있다”며 “해당 전극 제품의 상업화를 목표로 기술 개발을 이어가겠다”고 말했다.
LG화학은 이리듐 촉매 표면에 원자 단위 코팅층을 형성해 과도한 산화와 이리듐 용출을 억제했다. 전극 내부의 이온전도성 고분자와 촉매 사이 결합력도 높여 장시간 운전 과정에서 성능이 떨어지는 문제를 줄였다.
실험에서는 이리듐 사용량을 기존 대비 절반 이상 낮춘 조건에서도 높은 전류 밀도에서 안정적인 수소 생산 시간이 기존보다 2배 이상 늘었다. LG화학은 값비싼 이리듐 사용을 최소화하고 전극 내구성을 높이면 PEM 수전해 시스템의 초기 투자비와 유지보수 부담을 낮출 수 있다고 봤다.
LG화학은 자체 전극화 기술을 활용해 연속 공정 기반 대면적 전극을 제작하고 성능 검증도 마쳤다. 실험실 수준의 소재 개발을 넘어 대량 생산 공정 적용 가능성을 확인하면서 상용화 준비 범위를 넓혔다.
심규석 LG화학 최고기술책임자(전무)는 “이번 연구 성과는 LG화학의 소재 기술 경쟁력이 세계적으로 인정받은 사례”라며 “차세대 수소 생산 기술 경쟁력 확보를 위해 관련 연구개발을 지속 확대하겠다”고 밝혔다.
그린수소는 재생에너지 전기로 물을 분해해 생산하는 친환경 수소다. 이리듐 가격 부담과 저이리듐 전극의 내구성 문제는 PEM 수전해 상용화의 주요 제약으로 꼽혀 왔다.