국내외 분리막 뉴스_2020.12.
작성자 : 한국막학회 등록일시 : 2020-12-30 16:02
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[국외 뉴스]

? 리튬 이온 추출을 위한 MOF 복합막 개발
 리튬 생산의 증가하는 수요를 해결하기 위해 1가 및 2가 양이온의 분리는 염수에서 리튬을 회수하는 데 있어서 매우 중요한 분야이다. MOF는 조정 가능한 기공 크기로 인해 이러한 응용 분야에서 큰 잠재력을 보여주었는데, 최근 MOF기반 고분자의 상
용화를 위해 고분자 지지체에 MOF박막을 제작하기 위한 방법이 제시되어 큰 관심을 모으고 있다.
 MOF 핵 형성 및 성장을 촉진하기 위해 중간층으로 탄닌산 및 철 복합체를 사용하여 유연한 고분자 막에 ZIF-8을 손쉽게 제조하였다. 이 분리막은 Li+/Mg2+ (3.87)의 선택 비를 보여주었으며, 이 결과는 상용화를 위한 기틀을 마련한 것으로 평가받았다.

[Applied Materials Today 21 (2020): 100884 (2020년 12월)]

? PVA/PEBAX 복합막의 고성능 수소 분리
 고분자 막은 경제적인 분리 공정이지만 H2 분리응용 분야에서는 잘 사용되지 않았다. 최근 PVA 기반의 역선택성 복합막이 개발되어 고분자 분리막의 H2 분리 가능성이 밝혀졌다. 이 분리막은 CO2에 선택적인 PEBAX에 PVA와 다른 비율로 혼합되어 제조되었으며, 60wt% PEBAX혼합은 복합체 분리막의 투과도와 선택도를 모두 향상시킨 것으로 보고되었다. 그 이유는 고분자 사슬 이동성이 크게 향상되었고 CO2 용해도가 촉진된 것으로 분석되었다. 제조된 분리막은 20.0 Barrer의 CO2 투과도와 7.6의 CO2/H2 선택도를 나타냈으며, 손쉬운 PVA/PEBAX 혼합을 통해 H2 분리용 고분자복합체 상용화를 앞당기는 결과로 평가되었다.

[International Journal of Hydrogen Energy(2020. 10. 3)]

? 정삼투용 슬릿모양 기공으로 정렬된 나노섬유 기판 활용
 기판 구조는 ICP효과를 완화하기 위한 가장 효과적인 접근 방식으로 간주되며 FO (Forward Osmosis) 공정에서 TFC 멤브레인의 우수한 성능을 보여줄 수 있는 것으로 보고되었다. 이 연구에서는 처음으로 고성능 TFC-FO 멤브레인을 구성하기 위해, 정렬된 나노 섬유 기판을 개발되었으며, 큰 기공 크기와 잘 정렬된 나노섬유기판의 상호 연결성의 이점이 이용되어 성능이 극대화되었다. 구체적으로 TFC-FO 멤브레인은 FO 및 PRO 실험에서 극히 낮은 역 염 플럭스와 함께 50.7 및 62.9 LMH의 최상의 water flux를 보여주었으며, 이 연구는 고성능 TFC 멤브레인 개발에 새로운 방향을 제시한 것으로 평가받았다.

[Journal of Membrane Science 612 (2020): 118447.(2020.10.15) ]

? 이산화탄소 분리용 폴리포스파젠 블렌드 분리막 개발
효과적인 가교 기술은 점성이 있고 기체 투과성이 높은 친수성 폴리포스파젠을 고체 분리막 필름으로 제조할 수 있는 장점이 있다고 평가받는다. 최근 기계적 특성을 개선하기 위해 다른 폴리 포스파젠과 블렌딩하여 우수한 CO2/N2 선택도와 높은 CO2 투과도 (610 barrer)을 나타내는 막이 개발되어 큰 관심을 받고있다. 이 분리막은 최대 습도까지의 조건에서 CO2/N2 선택도도 안정적이며 투과도가 감소하더라도 건조 시 성능이 완전히 회복되는 것으로 보고되었다. 그리고 비대칭 다공성 멤브레인에
얇은 선택층으로 제조될 경우, 1200 GPU의 높은 CO2 투과도와 31의 CO2/N2 이상 선택도를 보여주었으며 2000시간 동안 유지되는 것으로 밝혀져 큰 화제를 모았다.

[ACS Applied Materials & Interfaces 12.27(2020): 30787-30795. (2020.07.08)]


[국내 뉴스]

? 코오롱인더, 수소차용 멤브레인 생산설비 투자
 코오롱인더스트리㈜(대표이사 장희구)가 수소차용 연료전지의 핵심 소재인 멤브레인(고분자전해질막, Polymer Electrolyte Membrane, 이하 PEM) 양산 체제를 구축했다고 19일 밝혔다. 수소 경제 활성화에 발맞춰 연료전지 핵심 소재 시장을 선점할 수 있는 발판을 마련한 것이다. 코오롱인더스트리㈜는 이달 중 구미공장 내 PEM 양산 라인을 준공하고 시운전을 거쳐 내년부터 생산에 나설 예정이다. 지난해 9월 상용화 시기를 앞당기기 위해 탄화수소계에 앞서 불소계 PEM 양산 투자를 결정한 지 1년여 만이다. PEM은 수소연료전지의 4대 구성요소 가운데 하나로, 선택적 투과능력을 보이는 분리막이다. 외부에서 유입된 수소 가스가 전극층에서 수소이온과 전자로 분리되는데 이 전자가 도선을 따라 전류를 만든다. 코오롱인더스트리㈜는 이번 설비 구축을 통해 PEM을 양산함으로써 이를 전극과 결합해 만드는 막전극접합체(Membrane Electrode Assembly, 이하 MEA) 생산 기반도 갖추게 됐다. PEM과 전극 사이 결합에 있어 MEA의 최적 성능, 내구성을 동시에 강화할 수 있는 계면제어 기술 특허를 이미 보유하고 있다. 이처럼 PEM, MEA를 동시 생산하는 기업은 코오롱인더스트리㈜가 국내 유일해, 시장 초기의 원료 수급, 성능, 가격 등의 불안 요인도 해소할 수 있을 것으로 기대된다고 회사측은 설명했다.
 특히 새로 가동하는 PEM 양산 설비는 최근 시장이 급성장 중인 에너지 저장장치(ESS?Energy Storage System)용 산화환원 흐름전지(Redox Flow Battery)와 친환경 수소 생산을 위한 수전해기술에 적용되는 분리막도 생산할 수 있다. 세계적으로 기술 우위에 있는 탄화수소계 PEM 역시 조기 상용화를 목표로 연구개발 중으로 수소 및 친환경 사업 확장 기회를 점차 넓혀가고 있다고 덧붙였다.

[서울경제TV 2020.11.19]

? 꿈의 배터리 ‘전고체전지’ 저비용 대량생산 길 열렸다
 차세대 전지로 개발 중인 ‘전고체전지용 고체전해질’을 90% 이상 절감해 매우 저렴한 비용으로 대량 생산할 수 있는 기술이 국내 연구진에 의해 개발됐다.
 한국전기연구원(KERI, 원장 최규하) 차세대전지연구센터 박준우 박사팀은 최근 3년간 자체 정부출연금사업(과제명: 고에너지밀도 리튬전고체전지용 고체전해질 기반 원천소재기술 개발, 연구책임자:이상민 차세대전지연구센터장)을 통해 △전고체전지의 핵심 구성요소인 ‘고체 전해질’을 현존 가격대비 10분의1 수준의 비용으로 제조할 수 있는 ‘특수 습식합성법’과 △전고체전지의 대량생산을 가능하게 하는 ‘고체전해질 최적 함침 기술’을 개발했다고 8일 밝혔다.
 전고체전지는 양극과 음극 사이에서 이온을 전달하는 ‘전해질’을 기존 가연성의 액체에서 고체로 대체한 전지다. 고체 전해질을 사용하기 때문에 화재의 위험이 없고, 온도 변화나 외부 충격을 막기 위한 안전장치 및 분리막이 따로 필요하지 않아 전지의 고용량화, 소형화, 형태 다변화 등 사용 목적에 따라 다양하게 활용이 가능한 차세대 유망 기술로 손꼽힌다.
 고체 전해질을 제조하는 방법은 고에너지 볼밀링 공정을 통한 ‘건식합성법’과 화학반응을 활용하는 ‘습식합성법’이 있다. 습식합성법은 건식합성법과 비교했을 때, 복잡한 공정없이 고체 전해질을 대량으로 생산할 수 있어 많이 활용되고 있지만, 결과물의 이온 전도도가 상대적으로 낮다는 단점이 존재했다. 이번에 KERI가 독자적으로 개발한 고체전해질 합성법은 낮은 순도의 저렴한 원료(출발물질)로도 성능이 뛰어난 고체 전해질을 대량생산할 수 있는 ‘특수습식합성법’ 기술이다. 연구팀은 최적의 합성을 가능하게 하는 첨가제를 통해 간단한 공정으로 대량 생산이 가능한 습식만의 장점과, 높은 이온 전도도를 가진 고체 전해질을 만들 수 있는 건식만의 장점을 모두 확보할 수 있는 제조 공정을 실현했다. 무엇보다 기존의 고체 전해질 합성법은 건식과 습식에 상관없이 모두 비싼 고순도의 원료를 활용해야만 했는데, KERI가 개발한 특수 습식합성법을 활용하면 기존 고순도 원료 대비 10분의1 수준 가격인 저순도 원료로도 높은 이온 전도도를 가진 좋은 성능의 고체 전해질을 대량으로 생산할 수 있다.
이번 기술의 최대 장점은 액체 전해질 기반 리튬이온전지 양극을 제작하던 기존의 생산라인을 거의 그대로 활용할 수 있다는 점이다. 이를 통해 기존 리튬이온전지 제조사들도 함침을 하는 공정파트의 설비 일부만 구축하면 쉽게 전고체전지를 대량생산할 수있게 된다. 관련 연구결과는 우수성을 인정받아 세계 최고의 과학전문지 ‘네이처’의 자매지인 사이언티픽 리포트 Scientific Reports)에 최근 게재되기도 했다.
 핵심 개발자인 박준우 박사는 “KERI 특수 습식합성법은 비싼 원료와 복잡한 고에너지 공정방식이 없어도 높은 수득률로 고체 전해질을 제조할 수 있는 획기적인 제조 기술이고, 함침 기술은 기업에서 비싼 비용을 들일 필요 없이 기존 생산라인을 활용해 쉽고 간단하게 전고체전지를 대량 생산할 수 있는 최적의 공정 기술”이라고 밝혔다. 연구 책임자인 이상민 센터장은 “전고체전지의 가장 핵심이 되는 저가형 고체 전해질 소재에 대한 합성법이 개발돼 그 실현 시기를 앞당길 수 있게 됐다”며 “현재 산업부 리튬기반 차세대 이차전지 성능 고도화 및 제조 기술 개발 사업의 성공 수행에도 큰 기여를 하게 될 것으로 기대한다”고 말했다.
 연구팀은 이번 성과가 전고체전지의 대형화 및 대량생산이 요구되는 전기차, 전력저장장치(ESS) 등 다양한 분야에 활용될 것으로 보고 기술사업화를 추진하고 있다. 현재 기술에 대한 원천특허 출원을 2019년에 완료했으며, 관심 있는 수요업체를 발굴해 ‘꿈의 배터리’라 불리는 전고체전지의 상용화를 주도한다는 목표다.

[경남신문 2020.09.08]

? 고압탱크 없이도 수소를 안전하게 저장?이용한다.
 고압의 저장탱크 없이도 수소를 저장하고 사용할 수 있는 기술이 개발됐다. 연구진은 탄소를 배출하지 않고 사용할 수 있는 암모니아를 주목했다. 암모니아를 분해하면 질소와 수소만 나와 친환경적이다. 한국과학기술연구원(KIST)는 수소?연료전지연구단 조영석?윤창원 박사팀이 암모니아를 수소와 질소로 분해하는 촉매와 저렴하게 생산할 수 있는 분리막 소재를 개발했다고 6일 밝혔다. 또 개발한 촉매와 분리막 소재를 이용해 암모니아에서 수소를 생산하고 동시에 분리막으로 고순도의 수소를 분리해내는 추출기를 만들었다. 이 기술은 높은 순도의 수소를 연속적으로 생산할 수 있으며 별도의 수소 정제장치 없이 연료전지와 직접 연계해 소형 전력발생장치에도 적용이 가능하다. 조영석 박사는 "수소를 저장하고 이동하려면 특수한 고압탱크를 이용하고 저장량도 부피 대비 에너지밀도가 낮지만 암모니아는 저압으로도 충분히 저장하고 운반이 가능하다"고 설명했다.
 현재 수소를 저장하려면 300기압 이상의 압력을 가해 액체 수소 상태로 만들어야 한다. 반면 암모니아는 8기압 정도만 사용해도 액체로 변해 수소 대비 저장방법이 용이하다. 또 암모니아는 현재 비료를 만드는데 사용해 저장하거나 운반하는 기존 인프
라를 활용해 추가적인 인프라 개발 없이도 가능하다. 연구진은 암모니아 분해 반응과 동시에 수소를 분리해 분해 반응 온도를 550℃에서 450℃까지 현저히 낮췄다. 에너지 소비를 줄임과 동시에 수소 생산 속도를 기존 기술 대비 2배 이상 높였다고 설명했다. 또 자체 개발한 저가금속 기반의 분리막을 활용해 기존의 PSA 공정 등 값비싼 분리공정 없이도 99.99% 이상의 순도를 갖는 수소를 생산할 수 있었다.
 조영석 박사는 "이 기술을 기반으로 이산화탄소 배출이 없는 컴팩트한 수소 파워팩을 개발해 드론택시, 무인비행기, 선박 등의 이동수단에 적용하는 후속연구를 계획하고 있다"고 말했다. 이번 연구결과는 분리막 분야 권위지인 '저널 오브 멤브레인 사이언스' 7월 26일자로 온라인 게재됐다.

[파이낸셜뉴스 2020.08.06]

? SK IET, 폴란드에 분리막 공장 추가 투자…글로벌 확대 박차
 SK이노베이션의 소재사업 자회사인 SK아이이테크놀로지는 폴란드 실롱스크주에 건설 중인 분리막 공장에 추가로 투자해 글로벌 시장 공략에 박차를 가한다. SK아이이테크놀로지는 유럽 폴란드 공장에 연간생산능력 약 3억 4000만㎡ 규모의 분리막
(LiBS) 생산라인을 추가로 짓는다고 29일 밝혔다.
 새로 짓는 설비는 2023년 1분기에 양산이 목표다. SK아이이테크놀로지는 이미 폴란드에 2021년 3분기 양산을 목표로 3억4000만㎡ 규모의 분리막 생산라인을 짓고 있다. 공격적인 투자에 나선 이유는 전기차 시장의 급속한 성장과 함께 빠르게 성장하
는 분리막 시장에서 글로벌 생산거점을 확보해 시장점유율 1위로 거듭나기 위해서다. 업계는 올해 분리막 시장 규모를 약 41억㎡로 보고 있는데, 5년 뒤인 2025년에는 약 159억㎡ 규모가 될 것으로 전망한다.
 SK아이이테크놀로지는 중국?폴란드 등 글로벌 생산거점을 확보해 시장 성장세보다 빠르게 생산능력을 끌어올려, 2025년 습식 분리막 시장에서 점유율 약 30%로 세계 1위를 한다는 목표다. SK아이이테크놀로지는 현재 국내 충청북도 증평 공장에 연간 생산능력 5억 3000만㎡ 규모의 분리막 생산라인을 보유하고 있다. 폴란드와 중국에 짓고 있는 신규 공장이 순차적으로 가동하면 내년 말 생산능력은 약 13억 7000만㎡가 된다. 이번 투자로 2023년 말에는 총 18억 7000㎡ 규모의 생산능력을 갖추게 될 전망이다. 이는 현재의 3배가 넘는다.
 독보적인 기술력으로도 세계 분리막 시장을 선도하고 있다. SK아이이테크놀로지가 세계 최초로 개발한 '축차연신' 기술은 분리막을 균일한 품질로 자유자재로 늘려, 원하는 물성과 두께로 분리막을 만들 수 있다. 이를 통해 배터리 제조사의 다양한 니즈를 충족하는 제품들을 생산할 수 있고, 세계에서 가장 균일한 품질로 얇은 분리막을 제조할 수 있는 회사로 평가받는다. SK아이이테크놀로지는 현재 머리카락 두께의 25분의 1 수준인 4마이크로미터(㎛) 분리막을 제작할 수 있다.
 또 미세한 세라믹층을 분리막 위에 도포하는 세라믹코팅분리막(CCS) 기술을 통해 분리막의 내구성을 크게 높인다. 대용량 배터리에서 뿜어져 나오는 열에도 분리막이 변형되거나 수축되는 현상을 최대한 방지해 화재 위험을 낮춘다. 노재석 SK아이이테크놀로지 사장은 "독보적인 기술경쟁력을 바탕으로 사업 경쟁력을 강화하고 글로벌 생산거점 구축과 적기 증설을 통해 생산능력을 끌어올려 빠르게 성장하는 배터리 산업 생태계 활성화에 기여하겠다"고 밝혔다.

[NEWS1 2020.10.29]

? 태양열로 생수 만든다, 물 생산량 2배 늘려
 국내 연구진이 태양열을 이용해 바닷물이나 하수로부터 먹는 물을 생산할 수 있는 고효율 태양열 막증류 기술을 개발했다. 물 부족 국가나 국내 도서지역, 해외 파병지, 야전군 주둔지 등 물을 구하기 힘든 곳에서 식수 공급용으로 활용이 가능할 것으로 예상된다.
송경근 한 국 과 학 기 술 연 구 원 ( K I S T ) 물자원순환연구센터 박사와 최원준 광전소재연구단 박사의 공동 연구팀은 이같은 기술을 개발해 관련 연구 결과가 수자원 분야 국제 저널인 담수화(Desalination)에 소개됐다고 1일 밝혔다. 연구팀은 고효율 태양열 막증류 기술을 개발했다. 막증류 기술은 바닷물로부터 먹는 물을 만드는 담수화 기술의 하나다. 바닷물을 가열해 수증
기만 통과할 수 있는 소수성 분리막으로 통과시켜 모은 후 응축해 먹는 물을 생산하는 기술이다.
 연구팀은 막증류를 위한 열원으로 태양열을 활용하는 '태양열 막증류 기술'의 가장 핵심 기술로 꼽히는 태양열 흡수체를 개발했다. 태양열 흡수체는 태양열을 모아 물을 가열하는 역할을 한다. 연구팀이 개발한 흡수체는 티타늄 금속과 불화마그네슘로 구성됐으며 물 생산량을 획기적으로 늘릴 수 있는 성능을 갖췄다. 이 흡수체는 태양에너지의 대부분 영역인 0.3∼2.5μm 파장의 태양에너지를 85% 이상 흡수해 물 온도를 80°C 이상으로 가열할 수 있는 성능을 갖고 있다.
 실제 막증류를 해본 결과, 9월 맑은 날 기준 10시간 동안 4.78L/m2 의 먹는 물을 생산할 수 있었다. 이는 기존의 상용화된 태양열 흡수체에 비하여 2배 이상 물을 생산해낼 수 있는 성능이다. 연구팀은 새로운 흡수체가 수십 나노미터 두께의 박막을 증착하는 등 간단한 방식으로 제조할 수 있고, 우수한 성능을 갖추고 있어, 태양열 막 증류 외에도 태양열 보일러 등에도 적용할 수 있다고 설명했다. 특히 에너지 인프라가 없는 고립지역에 적용할 수 있어 먹는 물이 부족한 저개발 국가나 국내 도서지역에 먹는 물을 공급하는 시설로 적용할 수 있을 것으로 예상했다. 해외 파병지역이나 야전군 주둔지에 먹는 물을 공급하는 군사용 시설로도 활용 가능할 것으로 예상했다. 송 박사는 "이번 연구는 수처리 기술에 소재 기술을 접목해 혁신적인 성과를 창출한 융합연구의 성공적인 사례"라며 "앞으로도 지속적인 융합연구를 통하여 최첨단 소재기술을 적용한 수처리 기술 개발에 매진할 계획"이라고 말했다.

[아시아경제 2020.07.02]


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