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[IT뉴스]'물은 막고 수소 이온만 통과'…국내 연구진, 새 분리막 개발

온카뱅크관리자

2026-09-15 17:37:25

<div id="layerTranslateNotice" style="display:none;"></div>  <strong class="summary_view" data-translation="true">보도기사</strong> 
        <div class="article_view" data-translation-body="true" data-tiara-layer="article_body" data-tiara-action-name="본문이미지확대_클릭"> 
         <section dmcf-sid="XxmfnFYCuU">
          <p contents-hash="ec3a3d904cd5c99d7036e464c17974f36be5a993f87bb95558935ff6d69acdda" dmcf-pid="ZMs4L3GhUp" dmcf-ptype="general">팔라듐 막 활용해 물·수소 이온 분리…기존 '크로스오버' 한계 극복<br>수소 가스 대신 물 직접 사용해 암모니아 합성…12시간 효율 안정 유지</p>
          <figure class="figure_frm origin_fig" contents-hash="ee679293a5f8610417ba2f4d586144c6ff1eec9eeafd0c627c5dc2fa243bced6" dmcf-pid="58EKeZvmz0" dmcf-ptype="figure">
           <p class="link_figure"><img alt="연구진이 개발한 팔라듐 막과 암모니아 정량분석용 용액" class="thumb_g_article" data-org-src="https://t1.daumcdn.net/news/202609/15/551724-22lyJQR/20260915173211705kjkt.jpg" data-org-width="600" dmcf-mid="YGtjhPKpuz" dmcf-mtype="image" height="auto" src="https://img1.daumcdn.net/thumb/R658x0.q70/?fname=https://t1.daumcdn.net/news/202609/15/551724-22lyJQR/20260915173211705kjkt.jpg" width="658"></p>
           <figcaption class="txt_caption default_figure">
            연구진이 개발한 팔라듐 막과 암모니아 정량분석용 용액
           </figcaption>
          </figure>
          <p contents-hash="ffadc32056397fde053ce1ce20052fcd6e2b7dbf08206951341d9e8e1d088627" dmcf-pid="16D9d5Ts33" dmcf-ptype="general"><br>국내 연구진이 물에서 수소 이온만 선택적으로 전달하는 새로운 분리막 기술을 개발해, 탄소 배출을 크게 줄일 수 있는 친환경 암모니아 합성에 성공했습니다.</p>
          <p contents-hash="e88964ab108c25a4fae4418961c86353ebfeb09a1630710498cf8d1b89ac8004" dmcf-pid="tPw2J1yO0F" dmcf-ptype="general">한국에너지기술연구원은 청정연료연구실 김재형 박사 연구진이 팔라듐 막을 이용해 물속 수소 이온만 선택적으로 이동시키는 기술을 개발하고, 이를 전기화학적 암모니아 합성 공정에 적용해 성능을 입증했다고 밝혔습니다.</p>
          <p contents-hash="56c786a0cae4b48263444dc0f561eb4bfa0482339b62d746b7d0ff4ce29aadd9" dmcf-pid="FQrVitWIFt" dmcf-ptype="general">◆ 물과 함께 넘어가던 기존 분리막 한계 해결</p>
          <p contents-hash="c2b3af4e2894bdb6849e8edc4e26957179979d240a8c6c8224949c0c72fe53e3" dmcf-pid="3xmfnFYCp1" dmcf-ptype="general">분리막은 전기화학 장치 안에서 반응물과 생성물, 용매 등이 서로 섞이지 않도록 나누는 동시에 반응에 필요한 이온을 통과시키는 역할을 합니다.</p>
          <p contents-hash="509e74b3df55a95461c8e3d6234587d8faa56fbc46d990c5dfb5ad90bec1d036" dmcf-pid="0Ms4L3Ghz5" dmcf-ptype="general">기존에는 주로 고분자 소재로 만든 이온 교환막이 사용됐습니다. 이 같은 고분자 분리막 내부에는 물이 이동할 수 있는 미세한 통로가 형성돼 있고, 이온은 이 통로를 따라 움직입니다.</p>
          <p contents-hash="5dc3aa8616ef7a447c8a35338cedc5ee0f6c9e0892c823a236a3c22c55adfcea" dmcf-pid="pRO8o0Hl3Z" dmcf-ptype="general">문제는 이온이 이동하는 과정에서 물을 비롯한 불필요한 분자까지 함께 막을 통과하는 '크로스오버' 현상이 발생한다는 점입니다.</p>
          <p contents-hash="f1e804ce386437710658d09be27d261b86ffb151c3669aa5bf1822a9d7007add" dmcf-pid="UeI6gpXSzX" dmcf-ptype="general">크로스오버가 일어나면 전기화학 장치의 성능과 안정성이 떨어질 수 있습니다. 반대로 이를 줄이기 위해 막의 투과성을 낮추면 필요한 이온의 이동 속도까지 떨어져, 선택성과 이온 전달 성능을 동시에 확보하기 어렵다는 한계가 있었습니다.</p>
          <p contents-hash="c0236da5f61c1a66eca19114507f5f164b9eeb1a19e5a893f10461debcb0c3b8" dmcf-pid="udCPaUZvpH" dmcf-ptype="general">연구진은 기존 고분자 분리막 대신 수소 원자를 흡수할 수 있는 팔라듐의 특성에 주목했습니다.</p>
          <div contents-hash="4b855a7dd541c917898f621d34a7029cf818ae6bc34cc1c0cf038fbd4da20eca" dmcf-pid="7JhQNu5TFG" dmcf-ptype="general">
           빈틈이 거의 없는 팔라듐 막은 다른 용매나 반응물, 생성물은 차단하면서 수소만 선택적으로 흡수해 반대편으로 이동시킬 수 있습니다.
          </div>
          <figure class="figure_frm origin_fig" contents-hash="681ca310fe2fb85b45652e259add5cbee677cb013498e1982f8670d24a3cc692" dmcf-pid="zilxj71yzY" dmcf-ptype="figure">
           <p class="link_figure"><img alt="이번 기술 성능 관련 평가를 진행 중인 연구진" class="thumb_g_article" data-org-src="https://t1.daumcdn.net/news/202609/15/551724-22lyJQR/20260915173211849maqk.jpg" data-org-width="502" dmcf-mid="G6tjhPKp77" dmcf-mtype="image" height="auto" src="https://img2.daumcdn.net/thumb/R658x0.q70/?fname=https://t1.daumcdn.net/news/202609/15/551724-22lyJQR/20260915173211849maqk.jpg" width="658"></p>
           <figcaption class="txt_caption default_figure">
            이번 기술 성능 관련 평가를 진행 중인 연구진
           </figcaption>
          </figure>
          <div contents-hash="bc61fc4490e13958c8453c6ed8b7a01d18fb837724b075f4ed8afa3628ce5035" dmcf-pid="qVAqxGhDUW" dmcf-ptype="general">
           <div>
            <br>◆ 팔라듐 내부로 수소 흡수·확산·방출
            <br>
            <br>연구진이 제시한 방식은 기존 이온 교환막에서 이온이 물길을 따라 이동하는 방식과 큰 차이가 있습니다. 
            <br>
            <br>전기장이 걸리면 수소 이온이 팔라듐 막 한쪽 표면에서 수소 원자로 바뀌어 금속 내부로 흡수됩니다. 이후 팔라듐 내부를 따라 이동한 수소는 반대편 표면에서 다시 수소 이온으로 전환돼 용액으로 방출됩니다.
            <br>
            <br>이 과정에서 막 양쪽에 존재하는 용매와 반응물, 생성물은 서로 섞이지 않고 분리된 상태로 유지됩니다.
            <br>
            <br>연구진은 이를 통해 팔라듐 막 내부에서 '수소 이온 흡수-수소 확산-수소 이온 방출'로 이어지는 새로운 이온 전달 메커니즘을 제시했습니다.
            <br>
            <br>이 같은 현상은 수소 저장 능력이 없는 백금이나 니켈에서는 나타나지 않았으며, 팔라듐 내부에 수소가 충분히 저장될수록 전달 효율도 높아지는 것으로 확인됐습니다.
            <br>
            <br>◆ 수소 가스 대신 '물'로 암모니아 합성
            <br>
            <br>연구진은 개발한 팔라듐 막을 친환경 전기화학적 암모니아 합성 공정에 적용했습니다.
            <br>
            <br>그동안에는 물과 수소 이온을 원천적으로 분리할 수 있는 기술이 부족해, 물 대신 수소 가스를 직접 공급하는 방식이 주로 활용됐습니다.
            <br>
            <br>연구진은 팔라듐 막을 적용해 국내 최초로 수소 가스 대신 물을 직접 이용하는 전기화학적 암모니아 합성에 성공했습니다.
            <br>
            <br>공정에서는 산화극에서 물을 산화해 수소 이온을 만들고, 생성된 수소 이온을 팔라듐 막을 통해 환원극으로 선택적으로 전달합니다. 이후 이동한 수소 이온은 리튬 매개 질소 환원 반응을 거쳐 암모니아로 합성됩니다.
           </div>
          </div>
          <figure class="figure_frm origin_fig" contents-hash="ccaffa861a8160b493a938d8e90bbf60588041cc6cdc24bd0cf4d9c6f08628fe" dmcf-pid="BfcBMHlw0y" dmcf-ptype="figure">
           <p class="link_figure"><img alt="연구진이 개발한 팔라듐 막과 암모니아 정량분석용 용액" class="thumb_g_article" data-org-src="https://t1.daumcdn.net/news/202609/15/551724-22lyJQR/20260915173211988wpgg.jpg" data-org-width="510" dmcf-mid="HwtjhPKp7u" dmcf-mtype="image" height="auto" src="https://img1.daumcdn.net/thumb/R658x0.q70/?fname=https://t1.daumcdn.net/news/202609/15/551724-22lyJQR/20260915173211988wpgg.jpg" width="658"></p>
           <figcaption class="txt_caption default_figure">
            연구진이 개발한 팔라듐 막과 암모니아 정량분석용 용액
           </figcaption>
          </figure>
          <div contents-hash="98c2c10a477ec9adfcdbe6526cde4b7d00f34f226fa421d0d19e723e3d067f36" dmcf-pid="b4kbRXSrFT" dmcf-ptype="general">
           <div>
            <br>◆ 12시간 동안 패러데이 효율 50% 수준 유지
            <br>
            <br>연구진은 이번 시스템에서 암모니아 합성 패러데이 효율 51%를 확보했습니다.
            <br>
            <br>또 유기 용매 전해질에 녹아 있는 리튬 염의 음이온 종류가 암모니아 합성 효율에 큰 영향을 미친다는 점도 확인했습니다.
            <br>
            <br>특히 기존 이온 교환막에서 문제가 됐던 물의 크로스오버가 팔라듐 막을 사용했을 때는 발생하지 않았으며, 12시간 동안 약 50%의 패러데이 효율을 안정적으로 유지했습니다.
            <br>
            <br>연구진은 이번 기술이 그린 암모니아 합성뿐 아니라 수전해와 레독스 플로우 배터리 등 정밀한 물질 분리가 필요한 다양한 전기화학 장치에도 활용될 수 있을 것으로 기대하고 있습니다.
           </div>
          </div>
          <p contents-hash="8bd6b97596c30a5bbfc5a6c9c9617424600638d6624bff0949486b97b4c7cd08" dmcf-pid="K8EKeZvmuv" dmcf-ptype="general">(사진=한국에너지기술연구원) </p>
          <p contents-hash="badbca28d06668b7ba3f4f684c80c504dd061d3a1a8db034cf0a99b63f7c9943" dmcf-pid="96D9d5TsUS" dmcf-ptype="general">조형준 취재 기자 | brotherjun@tjb.co.kr</p>
         </section> 
        </div> 
        <p class="" data-translation="true">Copyright © TJB </p>

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