[투데이에너지 이정헌 기자] 코오롱인더스트리가 2023 도쿄 월드스마트 에너지 위크 전시회 기간 중 FC엑스포 (동경 수소 연료전지 박람회)에 참가해 제품 소개에 나섰다.
코오롱인더스트리는 코로나 기간을 제외하고 2013년부터 동일한 전시회에 참가해 왔으며 올해 대면 행사 재개에 발맞춰 연료전지 핵심 소재와 부품을 포함한 제품들을 갖춘 라인업으로 부스를 꾸몄다.
코오롱인더스트리 관계자는 “회사의 연료전지 핵심 소재·부품 관련 기존 고객 네트워크를 강화하고 더욱 확장하기 위해 다시 참가하게 됐다”라고 이번 전시회 참가 계기를 밝혔다.
이번 전시회 출품 제품들은 지난 1989년부터 축적해 온 멤브레인(특정성분을 선택적으로 통과시킴으로써 혼합물을 분리할 수 있는 액체 혹은 고체의 막) 기술을 바탕으로 한 연료전지 핵심 소재·부품이다.
코오롱인더스트리는 2006년부터 멤브레인 기술을 연료전지 핵심·소재 부품으로 확장하기 시작해 단계적으로 상용화를 추진하고 있다.
첫 번째로 상용화한 수분제어장치는 세계 최대 규모 양산 설비 기반으로 현대차에 독점 공급 중이며 모빌리티 분야에 이어 발전용, 산업용으로 확대를 모색하고 있다.
수분제어장치는 수소연료전지의 전기 발생 효율을 높여주는 운전 장치의 핵심부품이다. 수소연료전지에서 전기에너지가 잘 만들어지려면 수소이온의 움직임이 활발해야 하는데 수분제어장치 내 멤브레인은 수분을 선택적으로 수소연료전지에 공급해 수소이온이 이동할 길을 열어주는 역할을 한다. 수분제어장치는 연료전지에 산소를 공급하기 위해 대기 중 공기를 빨아들이는데 이때 막을 통해 미세먼지를 제거하는 기능도 하고 있다.
두 번째로 PEM(Polymer Electrolyte Membrane, 고분자전해질막) 양산 투자를 완료했고 이를 내재화한 MEA(Membrane Electrode Assembly, 막전극접합체) 양산 기반을 갖춰가고 있다. 이 두 제품 모두 글로벌 잠재 고객사들에게 긍정적인 평가를 받고 있다.
PEM은 수소이온은 투과되지만 전자는 통과되지 않아 선택적 투과능력을 가진 막으로 일컬어진다. PEM에 막힌 전자가 외부 도선을 따라 흐르게 되면서 전류를 생성하게 되는 것이다. 수소이온을 전달하는 고분자 물질의 종류에 따라 불소계와 탄화수소계로 나뉘며 단기 상용화에 유리한 불소계가 현재 시장 주류를 이루고 있으나 가격이 비싸다는 단점이 있다. 이에 반해 탄화수소계는 가격이 저렴해 차세대 물질로 주목받고 있다.
수소연료전지의 핵심부품은 전기를 만들어내는 스택이다. 이중 MEA는 스택에서 가장 중요한 역할을 한다. MEA는 전기가 생성되는 화학반응이 일어나는 곳으로 수소이온과 물의 움직임을 좌우하는 PEM이 있고 양측에 연료극과 공기극으로 구성된다.
외부에서 수소 가스가 들어오면 연료극의 촉매와 반응해 수소이온과 전자로 분해된다. 이때 전자는 외부 회로를 통해 전류를 만들고 수소이온은 PEM을 통과한 뒤 공기극에서 산소(전자와 결합된)와 반응해 물로 바뀌게 된다.
흔히 수소연료전지 원리를 설명할 때 외부에서 공급된 수소가 공기 중의 산소와 만나 전기와 물을 생산한다고 간단히 정리하는데 MEA가 핵심 역할을 담당하는 것이다. 일반적으로 수소연료전지자동차 전체 원가에서 수소연료전지 스택이 차지하는 비중은 40~50%이고 MEA는 수소연료전지 스택 원가의 약 40%를 차지한다.
또한 코오롱인더스트리는 멤브레인 제품인 VENT 소재도 소개했다. VENT는 스마트폰, 모빌리티 분야에서 방수, 방진 및 통기성 소재로 사용된다. VENT는 모바일, 옥외 전자기기의 케이스 및 자동차 부품에 대한 방수·방진 기능과 내부 압력 평형을 유지시켜 각 용도별 부품의 수명연장과 신뢰성 증대 효과를 제공한다. 주로 스마트폰(마이크, 카메라용), 자동차 부품(조명, 전동장치, 배터리) 등에 사용된다.