LG화학, 그린수소 생산 핵심 전극 수명 2배 이상 연장

이리듐 사용량 줄이고 고전류밀도서 성능 유지
대면적 전극 생산 검증…상용화 가능성↑

LG화학이 적은 양의 이리듐(Ir)으로도 장기간 안정적인 수소 생산이 가능한 고분자전해질막(PEM) 수전해 전극 기술을 개발했다.

LG화학은 CTO 산하 기반기술연구소 연구팀이 PEM 수전해 전극의 성능과 내구성을 획기적으로 향상시키는 계면안정화 기술을 개발했다고 26일 밝혔다.

LG화학의 수전해용 핵심 소재 및 부품 (왼쪽부터) 수전해 셀, 이리듐 촉매, 전극, 막전극접합체(MEA). LG화학

이번 연구에는 고재현 한국과학기술연구원(KIST) 선임연구원 연구팀이 개발 소재의 작용 기작 규명에 참여했다. 연구 성과는 21일 세계 최상위 학술지 네이처 커뮤니케이션즈에 게재됐다.

그린수소는 탈탄소 사회 실현을 위한 핵심 에너지원으로 신재생에너지에서 얻은 전기로 물을 분해해 생산되며 이를 가능하게 하는 친환경 수전해 기술이 주목받고 있다. 특히 PEM 수전해는 알칼라인 수전해보다 높은 수소 생산성과 우수한 출력 대응성을 바탕으로 차세대 그린수소 생산 기술로 평가받고 있다.

다만 PEM 수전해 전극에는 고가의 희귀금속인 이리듐 촉매가 사용된다. 이리듐 사용량을 줄이면 촉매가 용출되거나 전극 구조가 손상돼 장시간 운전할 때 성능이 떨어질 수 있다는 한계가 있었다.

LG화학은 촉매 계면안정화 기술로 이러한 문제를 해결했다. 이리듐 촉매 표면에 원자 단위 코팅층을 적용해 과도한 산화에 따른 이리듐 용출을 억제하는 동시에 전극 내 이온전도성 고분자와의 결합력을 높여 전극 구조 안정성을 강화했다.

그 결과 이리듐 사용량을 기존 대비 절반 이상 줄이면서도, 높은 전류 밀도 조건에서 안정적인 수소 생산 시간을 기존 보다 2배 이상 연장하는 데 성공했다. 이는 PEM 수전해 시스템의 초기 투자비와 유지보수 비용 절감에 기여할 것으로 기대된다.

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 전무(기반기술연구소장)는 현재 다수의 글로벌 수전해 시스템 기업과 제품 평가를 진행 중이며 해당 전극 제품의 상업화를 목표로 기술 개발을 이어갈 계획이라고 밝혔다.

심규석 LG화학 CTO 전무는 "이번 연구 성과는 LG화학의 소재 기술 경쟁력이 세계적으로 인정받은 사례"라며 "차세대 수소 생산 기술 경쟁력 확보를 위해 관련된 다양한 연구개발을 지속 확대할 것"이라고 말했다.

장보경 기자 jbg@asiae.co.kr