KETI, 차세대 수전해용 핵심부품 개발…수소기술 자립 가속

니켈 기반 1500㎠ 이상 ‘대면적 다공성 확산체’ 제조 기술 확보

국내 연구진이 ‘그린수소’를 기존보다 높은 효율로 생산할 수 있는 차세대 수전해용 핵심부품을 개발했다.

한국전자기술연구원(KETI·원장 노건기)은 엘티메탈과 공동으로 그린수소 생산의 핵심 부품인 ‘니켈(Ni) 기반 차세대 다공성 확산체’를 개발, 이를 1500㎠ 이상으로 대형화하는 데 성공했다고 15일 밝혔다. 다공성 확산체는 그린수소를 생산하는 수전해 부품 가운데 하나로, 촉매·분리막·분리판과 함께 수전해 핵심 부품이다.

KETI 신재생에너지연구센터가 개발한 다공성 확산체는 알칼라인 환경에서 구동하는 알칼라인 수전해(AWE)와 음이온교환막(AEM) 수전해용 부품이다.

KETI 신재생에너지연구센터 연구원들이 차세대 다공성 확산체를 들어 보이고 있다.

기존 알칼라인 수전해나 음이온교환막 수전해에는 400~500μm의 기공으로 된 스펀지 구조 니켈 폼을 사용했지만 수전해의 이론적인 최적 기공 거리인 10~20μm에 미치지 못한다는 지적이 있었다.

연구진은 니켈 파우더를 소결해 제작하는 파우더 소결법을 이용해 기공크기 10~20μm인 다공성 확산체를 제작했다. 이는 생성된 수소와 산소 기체를 원활하게 배출할 뿐만 아니라, 작은 기공으로 강화된 모세관 현상을 통해 기포가 빠져나간 공간에 물을 빠르게 채워 넣게 돼 수전해 효율이 높아진다.

연구진은 전극과 분리막 사이 간격을 최소화한 제로갭 구조 수전해 셀을 제작해 성능을 실험한 결과, 이번에 개발한 부품의 수전해 성능이 기존에 사용되던 기공률 95% 및 98%의 니켈 폼 보다 약 24%, 59%가 높다고 설명했다.

KETI는 국내 다공성 확산체 분야 최대 제조사인 엘티메탈과 공동연구를 통해 이번에 개발한 다공성 확산체를 상용화 조건으로 요구되는 1500㎠ 이상으로 대면적화하는 데에도 성공했다.

임현수 KETI 신재생에너지연구센터장은 “기술 개발 초기부터 성능뿐만 아니라 상용화까지 고려해 연구를 진행해 상용화 가능 수준까지 달성했다”며 “시장이 열리면 바로 제품화가 이뤄지도록 가격 저감 기술과 제품 신뢰성을 확보해 나갈 계획”이라고 밝혔다.

한편, 이번 연구는 한국연구재단 그린수소기술자립프로젝트 지원으로 수행했다.