이리듐 절반으로 2배 더 오래… LG화학, 차세대 수전해 전극 개발

[포인트경제] LG화학이 적은 양의 이리듐으로 장기간 안정적인 수소 생산이 가능한 고분자전해질막(PEM) 수전해 전극 기술을 개발하며 차세대 그린수소 생산 소재 상용화에 바짝 다가섰다.

26일 LG화학은 최고기술책임자(CTO) 산하 기반기술연구소 연구팀이 PEM 수전해 전극의 성능과 내구성을 크게 높이는 계면 안정화 기술을 개발했다고 밝혔다. 이번 연구에는 한국과학기술연구원(KIST) 고재현 선임연구원 연구팀이 참가해 개발 소재의 작용 기작을 밝혀냈다. 연구 성과는 지난 21일 세계적 학술지 '네이처 커뮤니케이션즈'에 게재됐다.

그린수소는 탈탄소 사회를 구현하는 핵심 에너지원으로 신재생에너지 전기로 물을 분해해 만들어진다. 이 가운데 PEM 수전해 방식은 알칼라인 수전해 대비 뛰어난 수소 생산성과 우수한 출력 대응성을 갖춰 차세대 기술로 주목받는다.

그러나 전극에 고가의 희귀금속인 이리듐 촉매를 써야 해 경제성 확보가 걸림돌로 작용했다. 이리듐 함량을 줄이면 촉매 용출과 전극 구조 열화가 발생해 장시간 운전 시 성능이 떨어진다. 설비 교체 주기가 짧아지고 운영비가 늘어나는 점은 상용화의 최대 난제로 꼽혔다.

LG화학은 촉매 계면 안정화 기술로 한계를 극복했다. 이리듐 촉매 표면에 원자 단위 코팅층을 입혀 과도한 산화에 따른 이리듐 용출을 막았다. 동시에 전극 내 이온전도성 고분자와의 결합력을 올려 전극 구조 안정성을 다졌다.

그 결과 이리듐 사용량을 기존 대비 절반 이하로 줄이면서도 높은 전류밀도 조건에서 안정적인 수소 생산 시간을 2배 이상 늘렸다. PEM 수전해 시스템의 초기 투자비와 유지보수 비용 절감에 기여할 전망이다.

아울러 LG화학은 독자적인 전극화 기술을 바탕으로 연속 공정을 활용한 대면적 전극 제작과 성능 검증을 마쳐 대량생산 가능성을 입증했다. LG화학은 현재 다수의 글로벌 수전해 시스템 기업과 제품 평가를 진행 중이며 해당 전극 제품의 상업화를 목표로 기술 개발을 이어갈 방침이다.

LG화학 관계자는 이번 연구 성과가 자사 소재 기술 경쟁력을 세계적으로 인정받은 사례라며 차세대 수소 생산 기술 경쟁력을 확보하고자 관련 연구개발을 계속 늘려가겠다고 전했다.