에너지연, 팔라듐 막으로 물에서 수소 이온만 골라 옮기는 원리 밝혀
연구 모식도 [한국에너지기술연구원 제공. 재판매 및 DB 금지]
(대전=연합뉴스) 김준호 기자 = 한국에너지기술연구원은 팔라듐 막으로 물에서 수소 이온만 골라 옮기는 원리를 규명했다고 15일 밝혔다.
분리막은 전기화학 장치 안에서 반응물·생성물·용매 등이 섞이지 않도록 나누고, 반응에 필요한 이온은 통과시키는 역할을 한다. 기존에는 주로 이온 교환막 등 고분자로 만든 분리막을 사용했다.
고분자 분리막 안에는 물이 흐르는 작은 통로가 있고, 이온은 이 통로를 따라 이동하는데 문제는 이온이 지나갈 때 물 등 불필요한 분자도 함께 넘어가는 '크로스오버' 현상이 일어나 전기화학 장치의 성능과 안정성이 떨어진다는 점이다.
기존 분리막은 크로스오버를 줄이면 이온의 이동 속도까지 함께 느려져 두 가지를 동시에 잡을 수 없다는 한계가 있다.
연구진은 고분자 분리막 대신 수소 원자를 흡수하는 성질을 지닌 팔라듐 막을 활용해 크로스오버 문제를 해결했다.
빈틈이 거의 없는 팔라듐 막이 수소만 흡수해 막 반대편으로 이동시키고 나머지는 움직일 수 없도록 막는 원리다.
연구진은 이번에 개발한 팔라듐 막을 서울대 황윤정 교수 연구진과 공동 연구를 통해 전기화학적 암모니아 합성 공정에 적용했다.
전기화학적 암모니아 합성은 합성 원료인 수소 이온을 화석 연료 대신 물에서 뽑아내고, 합성에 필요한 전력도 재생에너지로 충당해 탄소 배출을 줄이는 친환경 기술이다.
청정연료연구실 김재형 박사는 "전기화학 반응 시스템에서 걸림돌로 작용한 크로스오버 문제를 해결할 새로운 이온 전달 메커니즘을 제시한 것"이라며 "암모니아 합성 외에도 엄격한 물질 분리가 요구되는 다양한 전기화학 장치에 적용할 수 있을 것"이라고 말했다.
