입력 2026.02.11 13:52
- 가교 구조 설계로 이온전도도·내구성·기계적 안정성의 성능 균형을 구현
- 연구 성과, 국제 학술지 European Polymer Journal 게재
숭실대학교(총장 이윤재)는 화학공학과 강범구 교수 연구팀과 박경원 교수 연구팀이 수전해 시스템의 효율을 높일 수 있는 새로운 음이온교환막(AEM, Anion Exchange Membrane) 소재를 개발했다고 밝혔다.
음이온교환막은 수전해 과정에서 수산화 이온(OH⁻)이 이동하는 통로 역할을 하는 핵심 소재다. 높은 이온전도도와 함께 알칼리 환경에서도 오래 견디는 내구성이 동시에 요구된다. 그러나 이온전도도를 높이면 막이 쉽게 팽윤되어 기계적 안정성이 떨어지는 한계가 있었다.
연구팀은 이 문제를 해결하기 위해 고분자 사슬을 서로 연결하는 가교 구조 설계 전략을 적용했다. 이 방식은 막의 팽윤을 억제하면서도 강도를 유지할 수 있도록 돕는다. 특히 알칼리 환경에서 안정적인 피페리디늄(piperidinium) 기반 구조를 도입해 내구성을 크게 향상시켰다.
연구팀은 가교 정도가 다른 여러 AEM을 제작해 성능을 비교했다. 그 결과 이온전도도와 기계적 안정성, 알칼리 내구성의 균형이 가장 뛰어난 최적 조성을 도출했다.
해당 AEM을 수전해 셀에 적용한 실험에서는 상용 AEM보다 높은 전류밀도를 기록했다. 전기화학 임피던스 분석(EIS)에서도 막 저항이 더 낮았으며, 일정 전류 조건에서 100시간 이상 안정적으로 작동해 장기 운전 성능을 입증했다.
강범구 교수는 “이번 연구는 음이온교환막의 성능 간 균형을 효과적으로 제어할 수 있음을 확인한 데 의미가 있다”며 “차세대 수전해용 막 소재 개발로 연구를 확장할 계획”이라고 말했다.
이번 연구는 한국연구재단(NRF)의 대학중점연구소지원사업, 모아팹활용지원사업, G-LAMP 사업의 지원을 받아 수행됐으며, 연구 결과는 고분자과학 분야 국제 학술지 European Polymer Journal에 온라인으로 게재됐다.