LG화학, 그린수소 상용화 당긴다…PEM 수전해 전극 수명 2배 연장

[뉴스에디션] LG화학이 귀금속 이리듐 사용량을 절반 이하로 줄이면서도 수명은 2배 이상 늘린 차세대 고분자전해질막(PEM) 수전해 전극 기술 개발에 성공했다.

LG화학 CTO 산하 기반기술연구소 연구팀은 PEM 수전해 전극의 성능과 내구성을 향상시키는 계면안정화 기술을 개발했다고 26일 밝혔다. 이번 연구에는 한국과학기술연구원(KIST, 원장 오상록) 고재현 선임연구원 연구팀이 참여해 개발 소재의 작용 기작을 규명했으며, 연구 성과는 21일 세계적 학술지 네이처 커뮤니케이션즈(Nature Communications)에 게재됐다.

그린수소는 신재생에너지로 물을 분해해 생산하는 청정에너지원으로, 탈탄소 사회 전환을 위한 핵심 에너지원으로 꼽힌다. 이 중 PEM 수전해 방식은 기존 알칼라인 수전해 방식 대비 수소 생산성이 높고 출력 대응성이 우수해 차세대 수전해 기술로 평가받아 왔다.

그러나 PEM 수전해 장치에는 고가의 희귀금속인 이리듐 촉매가 사용돼 경제성 확보가 주요 과제로 지적되어 왔다. 특히 이리듐 투입량을 줄일 경우 장시간 운전 과정에서 촉매 용출과 전극 구조 열화가 발생해 설비 교체 주기가 단축되고 운영비가 증가하는 한계가 존재했다.

LG화학은 이리듐 촉매 표면에 원자 단위 코팅층을 적용하는 촉매 계면안정화 기술을 통해 이 문제를 해결했다. 과도한 산화에 따른 이리듐 용출을 억제하는 동시에 전극 내 이온전도성 고분자와의 결합력을 높여 전극의 구조적 안정성을 강하였다.

이를 통해 LG화학 PEM 수전해 전극은 이리듐 사용량을 기존 대비 절반 이상 줄였음에도, 높은 전류 밀도 조건에서 안정적인 수소 생산 시간을 기존 대비 2배 이상 연장하는 데 성공했다. 이는 PEM 수전해 시스템의 초기 투자비와 유지보수 비용 절감에 기여할 것으로 기대된다.

아울러 LG화학은 독자적인 전극화 기술을 바탕으로 연속 공정을 활용한 대면적 전극 제작과 성능 검증을 완료하며 대량 생산 및 상용화 가능성을 확인했다. 연구 공동저자인 김노마 LG화학 기반기술연구소장(전무)은 현재 다수의 글로벌 수전해 시스템 기업과 제품 평가를 진행 중이며, 해당 전극 제품의 상업화를 목표로 기술 개발을 이어갈 계획이라고 밝혔다. 심규석 LG화학 CTO(전무) 역시 차세대 수소 생산 기술의 경쟁력 확보를 위한 연구개발을 지속적으로 확대하겠다고 강조했다.

[단평] 그린수소 상용화 가속화와 소재 기술 경쟁력 확보

이번 PEM 수전해 전극 기술 개발은 그린수소 생산의 최대 난제로 꼽히던 높은 생산 원가와 짧은 설비 수명 문제를 동시에 해결했다는 점에서 의미가 크다. 고가의 이리듐 사용량을 50% 이상 감축하면서도 내구성을 2배 이상 늘림으로써, PEM 수전해 시스템의 초기 투자비와 유지보수 부담을 대폭 완화하는 전환점을 마련한 것으로 평가된다. 독자적인 전극화 기술 기반의 연속 공정을 통해 대량 생산 및 글로벌 상용화 기반까지 입증한 만큼, 향후 글로벌 수전해 시장에서 국내 친환경 소재 기술의 주도권 확보가 기대된다.

→ 뉴스에디션에서 더 많은 국제·시사·경제·논평 기사를 만나보세요.