▲ 정전식 전기분무 공정에 기반한 신규 제조공정 순서도

국내 연구진이 수송용·건물용 연료전지 MEA(막전극접합체, 연료전지 전극과 전해질막이 접합된 핵심부품) 단가를 저감할 수 있는 제조 원천기술을 확보해 비나텍㈜에 기술을 이전했다.

한국에너지기술연구원(원장 김종남, 이하 ‘에기연’)은 비나텍㈜(대표이사 성도경)과 대전 본원에서 ‘정전식 전기분무 기반 연료전지 MEA 양산 핵심기술 및 노하우’ 기술이전계약 체결식을 가졌다고 22일 밝혔다. 이날 행사에는 에너지연 김종남 원장, 비나텍 성도경 대표이사 등 관계자 6명이 참석했다.

이번 연구는 연료전지 제조단가를 30%이상 절감할 수 있는 핵심기술로, 국내 기업의 양산성과 경쟁력을 크게 높일 수 있을 것으로 기대된다.

기존의 MEA는 대량생산 시, 슬러리 공정을 통해 백금 촉매와 나피온 이오노머가 혼합되어 있는 형태로 제작한다. 하지만 촉매 슬러리의 분산·코팅·건조 과정의 이오노머 응집으로 백금 촉매 표면으로 나피온 이오노머의 접근성이 악화돼 산소전달 저항이 증가, 촉매 활성이 떨어진다. 또, 전극 간접전사코팅 방식으로 양산성 측면(생산속도, 대면적화)에서 단점을 가지고 있다.

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

연구진은 정전식 전기분무 공정을 통해 전극 표면에 이오노머를 정밀 제어해 얇고 균일한 나피온 이오노머를 형성하는 수직 구조 전극을 설계했다. 전기분무 공정은 전극 잉크 내 고전위를 인가해 형성되는 전기적 척력으로 촉매와 이오노머의 고분산을 지속 유지하는 것이 가능하다. 이를 통해, 전극 층 내 사용되는 백금 촉매의 피독률은 저감, 이용률은 기존 대비 3배 이상으로 극대화시켰다.

또 전극 위에 코팅된 이오노머의 형상을 역마이셀 형태로 제어해 발수성을 가지는 전극을 구현, 연료전지 구동 시 제거하기 어려웠던 내부 발생 물을 쉽게 제거해 연료전지 운전 성능 및 내구성을 향상시켰다.

연구책임자인 정치영 박사는 “이번 연구를 통해 차량·건물용 연료전지 MEA 단가를 30% 이상 저감할 수 있는 차세대 MEA의 양산 핵심기술이 확보됐다”며 “Roll-to-roll 공정과 전극직접코팅 방식을 채용, 수요기업의 기술 양산성과 제품 경쟁력을 크게 높일 수 있다”고 밝혔다.

비나텍㈜ 성도경 대표이사는 “기존 당사 보유 연료전지 핵심기술과 도입기술의 시너지를 통한 기술 초격차로, 연료전지 시장 확대 난제인 가격·성능의 한계를 극복, 해외에서의 매출 증대가 예상된다”고 밝혔다.