RnDcircle

기술 개요

“저가습·고온 환경에서도 수화 안정성, 이온전도성, 치수안정성을 함께 확보하는 연료전지 전해질막 기술입니다.”

어떤 기술인가요?

연료전지 전해질막은 수소 이온은 잘 통과시키고 연료와 산화제는 분리해야 하는 핵심 부품입니다. 본 기술 포트폴리오는 막의 수분 유지와 이온 전달 구조를 동시에 개선하는 전해질막·복합막·지지체 기술로 구성됩니다. 플루오렌 기반 측쇄 술폰산 전해질막을 통해 저가습 조건에서의 이온전도 경로를 설계하고(특허 1), 탄화수소계 막 표면에 나노-크랙 소수성 층을 형성해 자기수화를 구현하며(특허 2), 다공성 지지체 위에 이온교환막과 소수성 표면층을 결합해 복합막 형태로 안정성을 높이고(특허 3), 역 전기투석용으로도 같은 자기-가습성 표면 구조를 적용하며(특허 4), 다공성 지지체 자체를 전해질막 골격으로 써 기계적 강도와 이온전달 특성을 함께 확보하는(특허 5) 방식입니다.

어떤 문제를 해결하나요?

1. 저가습에서 이온전도도가 급격히 떨어지는 문제

기존 전해질막은 충분히 젖은 조건에서는 작동하지만, 실제 운전에서 자주 만나는 저가습·고온 환경에서는 물이 줄어 이온이 지나갈 경로가 불안정해집니다. 본 기술은 측쇄 술폰산 구조와 나노-크랙 표면층, 다공성 복합 구조로 물을 유지하고 이온 전달 통로를 보완합니다.

2. 팽윤과 수축으로 치수안정성이 나빠지는 문제

막이 물을 많이 머금으면 전도성은 좋아질 수 있지만, 대신 부풀거나 줄어들며 형태가 흔들려 셀 조립성과 장기 운전에 불리합니다. 본 기술은 술폰산기를 주쇄에서 떨어뜨린 측쇄 구조와 표면 선택적 소수화, 다공성 지지체로 팽윤을 억제해 형태 안정성을 높입니다.

3. 가습 장치 의존과 계면 박리 문제

기존 연료전지는 외부 가습 장치에 의존하거나, 막과 전극 바인더의 상용성 부족으로 계면 박리가 생길 수 있습니다. 본 기술은 막 표면만 선택적으로 소수화하거나 복합막 구조를 적용해 물 보존과 전극 접합성을 함께 확보합니다.

산업 별 활용 방안

연료전지용 막과 스택을 개발·조달하는 에너지 기업·기관

연료전지 시스템은 고온·저가습 조건으로 갈수록 성능 편차가 커지고 가습 장치와 막 관리 부담이 커집니다. 본 기술을 전해질막 또는 복합막 소재로 적용하면 물 유지와 이온 전달 구조를 개선해 운전 조건 변화에 대한 민감도를 낮출 수 있습니다. 기존 스택 설계를 크게 바꾸지 않고 막 소재 교체나 표면개질 공정 추가 방식으로 단계적으로 도입할 수 있습니다.

역 전기투석과 염도차 발전을 추진하는 에너지·물자원 기업·기관

역 전기투석은 막의 저항과 이온 선택도를 함께 맞춰야 하므로, 한쪽만 좋아지면 전체 효율이 흔들리기 쉽습니다. 본 기술은 자기-가습성 표면 구조로 수분 거동을 제어해 낮은 저항과 높은 선택도를 동시에 노릴 수 있게 합니다. 상용 막을 바로 대체하기보다, 선택막 또는 표면개질막 형태로 모듈에 결합해 검증하는 방식이 적합합니다.

고분자 막과 다공성 지지체를 함께 다루는 소재·부품 기업·기관

고분자 전해질막은 단순히 이온전도만 높이면 되는 것이 아니라, 얇게 만들수록 기계적 강도와 치수안정성이 함께 흔들릴 수 있습니다. 본 기술은 다공성 지지체와 이온교환막을 결합한 복합 구조로 강도와 전도 경로를 함께 설계해 이 문제를 줄입니다. 기존 막 공정에 지지체 형성·함침 공정을 덧붙이는 방식으로 적용할 수 있어, 완전한 공정 교체 없이도 단계적 도입이 가능합니다.