▲ 개발한 비 불소계 전해질 막 (출처 : NEDO).

일본이 불소가 필요없는 연료전지 전해질막을 개발하는데 성공했다.

일본 국가연구개발신에너지·산업기술종합개발기구(NEDO)는 지난 26일 야나마시 대학이 고체 고분자형 연료전지용 고성능 비 불소계 전해질막 개발에 성공했다고 밝혔다.

개발한 전해질 막은 비불소계에서 내구성이 뛰어난 탄화수소계 고분자 구조에 착안해 분자 수준에서 조성비를 최적화했다. 이에 따라 화학 내구성을 비약적으로 향상시키는 데 성공했다.

고체 고분자형 연료전지(PEFC)에 사용되는 전해질막은 주로 불소계 전해질막이 널리 이용되고 있지만, 공급 가스 투과성, 환경 적합성, 비용 등이 문제로 작용했다.

이러한 문제 해결을 위해 새로운 전해질 막으로 구성 원소에 불소가 포함되지 않은 탄화수소 계 전해질 막의 가능성이 검토돼 왔지만, 성막성, 화학 내구성, 기계적 성질, 유연한 성질에 문제가 지금까지 연료 전지에의 응용이 곤란하다는 의견이 있었다.

이에 NEDO사업에서 일본의 국립대학 야마나시대학의 미야타케 켄지 교수 등 연구 그룹이 고성능 비 불소계 전해질 막 개발에 성공했다.

연구그룹은 내구성이 뛰어난 탄화수소계 고분자인 폴리페닐렌 구조에 착안해 분자 수준에서 조성비를 최적화하고 새로운 폴리페닐 전해질(SPP-QP)을 합성한 결과, 투명하고 유연한 박막을 형성했다.

화학 내구성에 대해서는 연구진은 산화 안전성을 평가하는 펜톤시험을 실시해 기존에 개발한 탄화수소계 전해질 막과 비교해 산화에 대해 매우 안정적임을 확인했다.

또한 SPP-QP 전해질막 연료전지에 탑재 한 경우 초기 발전 특성이 현재의 불소계 전해질 막과 비교해 동등한 것으로 확인됐다.

NEDO는 “이번 성과에 의해 PEFC의 작동 조건에서도 높은 성능을 발휘할 수있는 비 불소계 전해질 막 분자 설계 지침이 발견 됐다”며 “향후 더욱 발전시켜 2025년 이후 FCV의 본격 보급을 위한 과제 해결과 가정용 연료전지의 새로운 도입 확대에 기여할 것”이라 밝혔다.

연구 성과는 미국 과학 진흥 협회 (AAAS)가 발행하는 Science 자매지 ‘Science Advances’온라인 판에 2017년 10월 25일 날짜로 게재됐다.

한편, 일본은 수소사회 실현을 위해 2014년 일본의 경제산업성이 책정한 ‘수소·연료전지 전략 로드맵’에서 연료전지 자동차 (FCV)의 보급 확대를 위해 연료전지 시스템 비용을 대폭 절감 하고 ‘2030년까지 80만대 보급’이라는 목표를 세우고 있다.

또한 NEDO는 2025년 이후 본격 보급기에 돌입하는 FCV의 연료전지의 요구값으로 ‘스택 출력 밀도는 4kW / L 이상, 내구성은 50,000 시간 이상 등’을 설정하고 이를 만족할 기술을 개발하는 사업을 2015년부터 실시하고 있었다.