알칼라인 수전해에서 사용되는 분리막은 강염기 (30 wt.% KOH) 환경에서 내구성을 가져야 하기 때문에 세라믹 입자를 고분자 바인더와 분산시킨 다공성 복합 분리막이 사용된다. 현재까지 지르코니아 (Zirconia: ZrO2)와폴리설폰 (Polysulfone: PSU)를 복합화하여 사용제품인 Zirfon이 통상적으로 훌륭한 내구성을 바탕으로 사용되고 있지만, 낮은 수산화 이온 (OH-)전달 특성과 높은 수소 투과도를 지니고 있어 효율과 안정성에 대한 연구 개발이필요하다.
본 연구에서는 표면 젖음성과 알칼리 저항성이 우수한 (Ceria: CeO2)와 폴리설폰 (Polysulfone: PSU)을 복합화 한다공성 분리막에 대한 물성 및 전기화학 평가를 진행하였다. CeO2/PSU 복합 분리막은 필름 캐스팅 (film casting), phase inversion 방법을 통해 제조 되었다. 제조된 분리막의 77nm의 평균기공 크기, 75°의 접촉각을 가졌다. 또한
30 wt.% KOH, 25 ℃ 조건에서 막 저항과 수소투과도는 0.16 Ω·cm2, 1.2 x 10-12 mol/cm·s·bar의 성능을 보여주었
고, 이는 Zirfon 대비 약 2배의 저항 감소, 20배 낮은 수소투과도의 향상을 나타냈다. 또한 Zero-gap 셀에 분리막을 적용한 in-situ single cell test를 통해, 고 전류 밀도인 2 A/cm2 에서 상용 Zirfon 대비 7%의 전압효율 향상을 30
wt.% KOH, 80 ℃ 조건에서 보여주었다. 전기화학적 평가 후, X-ray 회절 및 SEM 분석을 통해 제조된 분리막은상용 Zirfon처럼 고농도의 알칼라인 환경에서도 우수한 안정성을 지니고 있다는 것을 확인하였다. 따라서 CeO2 기반 분리막의 전기화학적 특성 및 우수한 수소투과도를 통해 향후 알칼라인 수전해 시스템의 효율, 안전성의 성능개선을 기대할 수 있다.