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기술 개요

“알칼리 조건에서 막의 내구성·전도성·치수안정성을 함께 높이는 음이온교환막 기술입니다.”

어떤 기술인가요?

음이온교환막은 알칼리 연료전지, 수전해처럼 전기를 만들거나 수소를 생산하는 장치에서 이온을 전달하고 전극 사이를 분리하는 핵심 막입니다. 본 기술 포트폴리오는 폴리플루오렌계 또는 관련 방향족 고분자 이오노머를 바탕으로, 복합막 구조와 가교 구조, 가지부·지방족 사슬·스피로비스인덴·프로파길기 도입을 통해 막의 안정성과 물 관리 특성을 동시에 조정하는 기술들로 구성됩니다. 다공성 지지체에 복합막을 형성해 기계적 물성을 높이고(특허 1·4·5·8), 아릴 에테르 결합이 없는 방향족 이오노머로 알칼리 안정성을 확보하며(특허 2·3·4·5·6·7·8), 가교와 계면 제어로 장기 운전 중 성능 저하를 줄이는 방식(특허 5·7·8)으로, 알칼리 전해 장치의 막 성능을 실용 수준으로 끌어올리는 데 초점을 둡니다.

어떤 문제를 해결하나요?

1. 알칼리 조건에서의 화학적 열화

기존 음이온교환막은 80℃ 알칼리 환경에서 장시간 운전하면 고분자 골격이나 양이온기가 분해되어 전도도와 수명이 떨어집니다. 본 기술은 아릴 에테르 결합이 없거나 가교된 방향족 고분자와 피페리디늄 구조를 사용해 알칼리 분해를 늦추도록 설계했습니다.

2. 물 팽윤과 치수 불안정

수분을 많이 머금는 막은 이온은 잘 전달해도 부풀어 올라 두께와 형태가 흔들리기 쉽고, 이로 인해 전극 접촉과 장기 안정성이 나빠집니다. 본 기술은 가지부 구조, 스피로비스인덴 골격, 가교 구조, 지지체 복합화로 함수율은 유지하면서 팽창을 억제합니다.

3. 저습도·고전류에서의 성능 저하

실제 장치에서는 습도가 낮아지면 막이 마르고 저항이 커져 전력밀도가 떨어지기 쉽습니다. 본 기술은 자유부피와 이온 채널, 수분 보유 특성을 조절하고 촉매층과의 계면 안정성을 높여 저습도에서도 전도와 물 이동이 유지되도록 합니다.

산업 별 활용 방안

알칼리 연료전지와 수전해를 개발하는 에너지 기업·기관

알칼리 연료전지와 수전해 장치는 막의 전도도, 내구성, 물 관리가 조금만 흔들려도 셀 성능이 크게 달라집니다. 본 기술은 음이온교환막과 복합막, 가교막, 바인더를 장치 구성에 맞게 적용해 막 저항과 수분 불균형을 완화하는 데 활용할 수 있습니다. 기존 장치 구조를 크게 바꾸지 않고 막 소재나 촉매층 이오노머를 단계적으로 바꾸는 방식으로 도입할 수 있습니다.

막전극접합체(MEA)와 촉매층을 개발하는 전해전지 소재 기업·기관

막전극접합체를 만드는 현장에서는 촉매층과 막의 접착, 기체·수분 이동, 장시간 구동 안정성이 중요합니다. 본 기술은 이오노머 자체를 촉매층 바인더로 쓰거나 가교막으로 계면 안정성을 높여 박리와 열화를 줄이는 방향으로 적용할 수 있습니다. 촉매층 조성이나 막 재료를 교체하는 수준으로 결합할 수 있어, 기존 제조 공정을 크게 흔들지 않고 성능 개선을 시도할 수 있습니다.

고분자 전해질과 기능성 막을 평가·제조하는 연구기관·기업

연구기관과 소재 기업은 새 고분자를 만들어도 막으로 제막했을 때 물성, 전도도, 내구성이 함께 맞아야 실제 적용이 가능합니다. 본 기술은 폴리플루오렌계, 피페리디늄계, 스피로비스인덴계, 프로파길 가교계를 통해 막 성능을 목적에 맞게 설계하는 데 적합합니다. 신규 소재 개발 라인에 제막·가교·함침 공정을 모듈처럼 추가하는 방식으로 도입할 수 있습니다.