LG화학은 26일 CTO 산하 기반기술연구소 연구팀이 PEM(고분자전해질막) 수전해 전극의 성능과 내구성을 획기적으로 높이는 '계면 안정화 기술'을 개발했다고 밝혔다.
이번 연구에는 한국과학기술연구원(KIST) 고재현 선임연구원 연구팀이 참여했으며, 연구 성과는 지난 21일 세계적 권위의 국제학술지 '네이처 커뮤니케이션즈(Nature Communications)'에 게재됐다.
그린수소는 태양광과 풍력 등 신재생에너지로 생산한 전기를 이용해 물을 분해하는 방식으로 만들어지는 친환경 에너지다. 특히 PEM 수전해는 기존 알칼라인 방식보다 수소 생산성이 높고 출력 조절이 뛰어나 차세대 수소 생산 기술로 주목받고 있다.
하지만 PEM 수전해 전극에는 희귀금속인 이리듐(Ir) 촉매가 필수적으로 사용된다. 이리듐 가격이 높은 데다 사용량을 줄이면 촉매가 녹아내리거나 전극 구조가 손상돼 장시간 운전 시 성능이 급격히 떨어지는 문제가 상용화의 걸림돌로 지적돼 왔다.
LG화학은 이러한 한계를 독자 기술로 극복했다.
연구팀은 이리듐 촉매 표면에 원자 단위의 초박막 코팅층을 형성하는 계면 안정화 기술을 적용했다. 이를 통해 과도한 산화로 인한 이리듐 용출을 억제하고, 전극 내부 이온전도성 고분자와의 결합력을 높여 전극 구조의 안정성을 크게 향상시켰다.
실험 결과는 의미 있는 성과로 이어졌다. LG화학은 이리듐 사용량을 기존 대비 절반 이상 줄이면서도 높은 전류 밀도 환경에서 안정적인 수소 생산 시간을 기존보다 2배 이상 연장하는 데 성공했다.
이는 수전해 설비의 초기 투자비를 낮추는 동시에 전극 교체 주기를 늘려 유지보수 비용까지 절감할 수 있어 PEM 수전해 경제성을 크게 높일 것으로 기대된다.
LG화학은 연구 성과를 실험실 수준에 그치지 않고 상용화 단계까지 확대했다. 독자적인 전극화 기술을 활용해 연속 공정을 통한 대면적 전극 제작과 성능 검증을 완료했으며, 대량 생산 가능성도 확인했다.
공동저자인 김노마 LG화학 기반기술연구소장은 "현재 다수의 글로벌 수전해 시스템 기업들과 제품 평가를 진행하고 있다"며 "차세대 전극의 상업화를 목표로 기술 개발을 지속해 나갈 계획"이라고 밝혔다.
심규석 LG화학 CTO 전무는 "이번 연구는 LG화학 소재 기술의 세계적 경쟁력을 입증한 성과"라며 "차세대 수소 생산 기술을 선도하기 위해 관련 연구개발 투자를 지속 확대하겠다"고 말했다.
업계에서는 이번 기술이 그린수소 생산 비용 절감과 수전해 장비의 상용화 속도를 높이는 데 중요한 전환점이 될 것으로 기대하고 있다. 특히 글로벌 수소경제 확대와 함께 고성능 전극 소재 시장에서도 LG화학의 경쟁력이 한층 강화될 것이라는 전망이 나온다.
