에너지기술연구원, 차세대 전극제조 원천기술…비나텍이 양산
연료전지 백금사용량 기존의 20% 수준, 시장경쟁력 향상 기여

▲김종남 에너지기술연구원장(사진 오른쪽부터)과 정치영 책임연구원, 성도경 비나텍 대표가 기술이전 계약서를 들어보이고 있다.
▲김종남 에너지기술연구원장(사진 오른쪽부터)과 정치영 책임연구원, 성도경 비나텍 대표가 기술이전 계약서를 들어보이고 있다.

[이투뉴스] 국내 연구진이 수송용·건물용 연료전지 MEA(막전극접합체) 단가를 저감할 수 있는 원천기술과 양산성을 확보해 국내 중소기업에 기술을 이전했다. 연료전지 제조단가를 30%이상 절감할 것으로 평가되는 핵심기술 이전으로 국내 기업의 경쟁력을 크게 높일 수 있을 것으로 기대된다.
한국에너지기술연구원(원장 김종남)은 22일 대전 본원에서 비나텍(대표 성도경)과 ‘정전식 전기분무 기반 연료전지 MEA 양산 핵심기술’ 기술이전계약 체결식을 가졌다.

기존 MEA는 대량생산 시 슬러리 공정을 통해 백금촉매와 나피온 이오노머가 혼합되어 있는 형태로 제작한다. 하지만 촉매 슬러리의 분산-코팅-건조 과정에서 응집 현상이 일어나 백금촉매 표면으로 나피온 이오노머의 접근성이 악화돼 산소전달 저항이 증가하고 촉매의 활성을 떨어뜨린다. 또 전극 간접전사코팅 방식을 채택하고 있어 생산속도나 대면적화 측면에서도 단점을 가지고 있다.

이를 극복하기 위해 연료전지실증연구센터 정치영 박사 연구진은 전기분무법을 통한 백금 사용량 저감 MEA 제조 원천기술을 확보, 다중-노즐(Multi-nozzle) 방식을 사용해 대면적 MEA의 대량생산 공정 핵심기술을 개발했다.
 

▲에기연이 개발한 전기분무 코팅 장비.
▲에기연이 개발한 전기분무 코팅 장비.

연구진은 정전식 전기분무 공정을 통해 전극 표면에 이오노머를 정밀 제어, 얇고 균일한 나피온 이오노머를 형성하는 새로운 수직구조의 전극을 설계했다. 전기분무 공정은 전극 잉크 내 고전위를 인가함으로써 형성되는 전기적 척력으로 촉매와 이오노머의 고분산을 지속적으로 유지하는 것이 가능하다. 이를 통해 전극층서 사용되는 백금 촉매의 피독률은 저감시키고, 이용률은 기존 대비 3배 이상으로 극대화시켰다.

아울러 전극 위에 코팅된 이오노머의 형상을 역마이셀 형태로 제어해 발수성을 가지는 전극을 구현하고, 이를 통해 연료전지 구동 과정에서 발생하는 물을 이전보다 쉽게 제거함으로써 연료전지 운전 성능 및 내구성도 향상시켰다.

에기연은 연구진이 개발한 기술이 백금 사용량을 상용 MEA의 20% 수준까지 획기적으로 저감함으로써 미국 에너지성(US DOE)에서 제시한 기술목표를 조기 달성했다고 강조했다. 또 개발된 공법은 전극 직접코팅 방식으로 공정이 단순하고 확장성이 우수하다. 다중노즐 방식을 사용할 경우 양산설비 설치비용은 2분의 1 수준으로 절감하는 한편 양산속도는 2배 이상 향상시킬 수 있다는 것이다.

연구책임자인 정치영 에기연 박사는 “차량용·건물용 연료전지 MEA 단가를 30% 이상 저감할 수 있는 차세대 핵심기술이 확보됐다”며 “Roll-to-roll 공정과 전극직접코팅 방식을 채용할 수 있어 국내 수요기업의 양산성과 제품 경쟁력을 크게 높일 수 있을 것”이라고 말했다.

성도경 비나텍 대표는 “기존 회사가 보유한 연료전지 핵심기술과 이번 도입기술의 시너지를 통한 기술 초격차로, 연료전지 확대의 난제인 가격과 성능의 한계를 극복해 해외시장에서의 비약적인 매출 증대가 예상된다”고 기대감을 표시했다.

채덕종 기자 yesman@e2news.com 

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