최근, 모멘텀 컨서베이션 그린에너지의 eHy-1002 다공성 IrO₂ 촉매가 15,000시간 이상 안정적으로 작동하며 PEM 수전해 양극 촉매 기술의 핵심 돌파구를 마련했으며, 이는 업계의 대규모 응용을 위한 중요한 기반을 다졌습니다.
기술 배경 및 업계 과제
양성자 교환막(PEM) 수전해 기술은 낮은 에너지 소비, 높은 전류 밀도, 소형 전해조 크기, 넓은 출력 조절 범위 등의 장점으로 풍력 및 태양광과 같은 변동성 신재생 에너지와의 우수한 호환성을 제공합니다. 전해조 성능과 비용에 영향을 미치는 핵심 소재로서 양극 촉매의 성능 최적화는 항상 업계의 주요 연구 초점이었습니다.
현재 PEM 전해조에 널리 사용되는 양극 촉매는 루틸상 이산화이리듐(IrO₂)이지만, 두 가지 주요 병목 현상에 직면해 있습니다. 첫째, 고유 촉매 활성 개선 필요 – 산소 발생 반응(OER)에서 과도하게 높은 반응 에너지 장벽으로 인해 양극 산소 발생 과전압이 전체 전해조 과전압의 30%~50%를 차지하여 시스템 에너지 효율 향상을 제한합니다. 둘째, 이리듐 의존도가 높음 – 막 전극의 이리듐 로딩량은 일반적으로 1~2mg/cm²에 달하는 반면, 이리듐 자원은 희소하고 가격이 높아 PEM 수전해 기술의 대규모 상용화를 심각하게 저해하고 있습니다.
제품 핵심 혁신 및 하이라이트
모멘텀 컨서베이션은 업계의 문제점을 해결하기 위해 eHy-1002 다공성 IrO₂ 촉매로 구조 및 재료 구성에서 이중 혁신을 달성했습니다.
- 구조 혁신: 기존의 입자형 IrO₂와 달리, 최대 74%의 기공률을 가진 규칙적인 다공성 층상 형태를 나타냅니다. 독특한 고다공성 나노구조는 높은 활성의 엣지 이리듐 사이트를 완전히 노출시켜 촉매층의 물질 전달, 전하 전달 효율 및 촉매 활성을 시너지적으로 최적화합니다.
- 재료 구성 혁신: 벌크 이리듐 질량 분율을 약 70wt%로 감소시켜 성능과 비용의 균형을 유지하면서 귀금속 의존도를 낮추어 막 전극의 총 비용 절감에 핵심적인 지원을 제공합니다.
핵심 성능 지표
eHy-1002 촉매는 막 전극 Ir 로딩량이 0.75mg/cm²에 불과한 낮은 로딩 조건에서도 우수한 성능과 안정성을 보여줍니다.
- 성능: 1.96V @ 4A/cm² @ N115 @ 80°C, 낮은 이리듐 로딩에서도 높은 전류 밀도 성능을 유지하여 "고성능을 위한 고로딩"이라는 기존 촉매의 한계를 극복했습니다.
- 내구성: 15,000시간 이상의 안정적인 작동과 <3 μV/h의 전압 상승률로, 장기 작동 안정성 측면에서 업계 평균을 크게 상회하며, 대규모 응용을 위한 까다로운 소재 수명 요구 사항을 충족합니다.
생산 능력 및 응용 서비스
eHy-1002 다공성 IrO₂ 제품은 현재 여러 업계 고객으로부터 검증을 받았으며, 600g/d의 생산 능력으로 배치 공급 능력을 갖추고 있습니다. 주요 고객을 위해 촉매 슬러리 제조 및 코팅 공정 지도 서비스도 제공하여 고객의 기술 구현 및 생산 라인 적응을 돕습니다. 테스트 데이터 및 데모 응용 사례는 업계 전반의 발전을 촉진하기 위해 지속적으로 업데이트될 예정입니다.
기술적 전략 의의 및 산업 가치
eHy-1002 촉매의 혁신은 PEM 수전해 기술에서 양극 촉매의 에너지 효율 및 비용 병목 현상을 해결했을 뿐만 아니라, 수소 에너지 산업 발전에 깊은 의미를 갖습니다. 한편으로는 이리듐 의존도를 줄여 PEM 전해조의 생산 비용을 크게 낮추고, 풍력 및 태양광 발전과의 대규모 통합을 가속화합니다. 다른 한편으로는 높은 안정성과 호환성이 친환경 수소 생산을 위한 보다 효율적이고 신뢰할 수 있는 핵심 소재 지원을 제공하여 "그린 전기에서 그린 수소로"의 산업 사슬에서 비용 절감 및 효율 향상을 돕고, 국가 "이중 탄소" 목표 달성과 수소 에너지 산업의 고품질 발전을 위한 핵심 기술 동력을 주입합니다.
