전해질막

고어사의 '고어-셀렉트®' 멤브레인 제품.

전해질막(Membrane)은 수소연료전지의 핵심 부품 중 하나로 선택적 투과능력을 보이는 분리막(멤브레인)이다. 수소가스에서 분리된 전자의 이동은 막고 수소이온만 선택적으로 이동시켜 주는 역할을 한다. 분리막은 이런 전해질막의 강도를 좌우하는 뼈대로, 연료전지 시스템의 출력 향상과 내구성에 큰 영향을 미치는 소재다. 고분자전해질막이라고도 한다.

수소연료전지는 수소와 공기 중 산소를 이용해 화학반응을 일으켜 전기를 생산하는 장치로, 부산물로 물만 나오는 친환경 발전장치다. 두 개의 전극과 양 전극 사이에서 수소 이온을 통과(수소 이온 전도)시키는 전해질막으로 이뤄졌다. 이 전해질막의 수소 이온 전도도는 화학반응 속도에 영향을 줘 연료전지 효율을 결정한다.

관련기업

• 현대오일뱅크 : 현대오일뱅크는 우선 2021년 안에 분리막 생산 설비 구축·시운전을 마치고 내년 국내 자동차 제조사와 공동으로 실증 테스트를 거쳐 2023년 제품 양산에 들어갈 계획이다. 2단계로는 2021년부터 전해질막까지 사업을 확대해 부품 국산화에 기여한다는 방침이다. 2030년 수소연료전지 분야에서만 연간 매출 5000억원, 영업이익 1000억원 이상을 창출하는 것이 목표다. 장기적으로는 기체 확산층, 전극 분리판 등 자동차용 수소연료전지 전반을 포괄하는 단위셀 사업과 건물, 중장비용 연료전지 시스템 사업 진출도 검토한다.

• 코오롱인더스트리 : 고분자전해질막은 MEA생산 과정 중 원가 비중이 가장 높은 핵심 소재로, 2008년부터 PEM 연구개발에 나서 연료전지용 탄화수소계 강화복합막 원천기술을 보유 중이다.자체 기술로 파일럿 규모의 PEM 제조설비를 구축했으며,내구성 향상을 통한 기술 확보에 집중하고 있다.

• ㈜상아프론테크 : 수소연료전지 및 PEM 수전해 장치 그리고 탄소포집용 핵심 소재인 전해질막(Membrane)의 국산화에 성공하여, 현재 현대 수소차에 납품 중에 있다. 특히 상아프론테크는 불소수지 멤브레인 중에서도 기술적 난이도가 가장 높은 수소차용 ePTFE를 미국의 고어사와 함께 상업화한 단 2개의 업체 중 하나이다. 미국 고어사는 토요타의 미라이 수소차와 현대 수소차에 멤브레인을 독점 납품하고 있다가, 21년부터 상아프론크가 현대 수소차에 멤브레인을 고어와 함께 납품하고 있다. 상아프론테크의 멤브레인은 현재 현대차 수소차 위주로 납품이 되고 있는데, 건물/가정용 MEA를 만들고 있는 비나텍 등의 다른 PEMFC 제조업체에도 공급을 할 예정에 있어 수소차 뿐 아니라 다른 수소관련 영역으로까지 확장 중에 있다. 상아프론테크가 만들고 있는 불소계 멤브레인은 향후 운송용(수소차) 및 중소형 발전용(건물/가정/휴대용)으로 많이 사용되어지는 고분자전해질막 연료전지(PEMFC)에 다양하게 사용될 것으로 보여지며 특히 수소산업 중 가장 성장성이 높은 분야인 수전해(PEM)에도 불소계 전해질막은 핵심소재이며, 탄소포집에서도 핵심소재로 사용되어지기 때문에 향후 성장성은 매우 높다고 할 수 있다. 멤브레인 매출이 2030년까지 연평균 68% 고성장세 보일것으로 예상된다.

상아프론테크의 강화전해질막은 그린멤(GreenMem) 멤브레인이다. 상아프론테크의 강화전해질막은 자체 제작한 ePTFE로 보강돼 기계적 강도가 매우 우수하고, 낮은 치수변화율, 높은 치수안정성을 보이며, 불소계 이온전도체 사용으로 내화학성이 매우 우수한 제품이다.

• 켐트로스 : 연료전지 전해질막과 백금 촉매 바인더 소재인 과불화술폰산 이오노머 국산화에 성공하였다.
• 가드넥 : 가드넥은 수소차 연료전지에 쓰이는 전해질막 고정용 필름(Sub Gasket)을 전량 공급하고 있다.

• 고어 : 고어사는 연료전지용 전해질막(PEM)인 '고어-셀렉트®(GORE-SELECT®) 멤브레인'을 일본 토요타의 수소차인 미라이 1세대에 이어 2세대에도 공급한다. 어-셀렉트® 멤브레인은 자동차용 수소연료전지 시장에서 가장 많이 사용하는 PEMFC 전해질막의 일종이다. 2세대 미라이에 공급하는 신형 고어-셀렉트® 멤브레인은 이전에 비해 두께가 30% 얇아졌고 성능과 내구성은 향상됐다.2001년부터 현대 넥쏘, 토요타 미라이 1세대, 혼다 클라리티 등 전 세계 주요 양산형 수소연료전지차에 고어-셀렉트® 멤브레인을 공급해왔다.

참고자료

• 신지하 기자, 〈현대오일뱅크, 미래 먹거리로 '수소사업' 키운다〉, 《데일리한국》, 2021-11-04
• 이동재 기자, 〈국내 연구진, 수소차 연료전지 전해질막 소재 개발...고체 전해질 설계 도움 전망〉, 《헬로티》, 2021-06-07
• 연합뉴스 김철선 기자, 〈코오롱인더 3분기 영업이익 773억원작년 동기 대비 169.6%↑(종합)〉, 《한국경제TV》, 2021-11-03
• 설지연 기자, 〈수소차 관련주 상아프론테크, 멤브레인 매출 年 68% 성장〉, 《한국경제TV》, 2021-11-02
• 편집부, 〈월간수소경제 선정, 수소경제 선도‧유망기업 11〉, 《월간수소경제》, 2020-07-30
• 최인영 기자, 〈국내 첫 ‘수소전문기업’ 11곳…생태계 육성 가속화〉, 《가스신문》, 2021-06-02
• 윤병효 기자, 〈고어텍스 만드는 고어社, 수소차 부품시장에서도 선전〉, 《전기신문》, 2020-12-17

같이 보기

• 전해질
• 분리막

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