본 연구에서는 상용 폴리염화비닐을 개질하여 두 종류의 PVC 기반 이온교환용 고분자를 성공적으로 제조하였다. 이후 개질된 두 이온교환 고분자를 활용한 전기방사 공정과 열 압착 공정을 거쳐 2차원 계면(2D-PVC-BPM)과 3차원 접합부 (3D-PVC-BPM)를 갖는 바이폴라막(BPM)을 제조하였다. 제조된 3D-PVC-BPM은 2D-PVC-BPM에 비해 우수한 물 분해 효율 및 안정성을 보였다. 구체적으로, 300 mA cm-2의 고전류 밀도에서 3D-PVC-BPM은 2D-PVC-BPM가 나타낸 전위보다 4.4 V 낮은 8.05 V의 막 전위를 나타냈다. 더욱이, PVC 주쇄가 가진 내화학성 덕분에 3D-PVC-BPM은 가혹한 조건에서도 높은 화 학적 안정성을 보였고, 이는 4 M H2SO4 및 4 M NaOH 용액에 28일간 침지한 후 관측된 질량 손실이 각각 2.8%와 2.1%에 그친 것을 통해 입증되었다. 끝으로, 3차원 접합부가 3D-PVC-BPM에 맞물림(interlocking) 효과와 넓은 계면면적을 제공해준 덕분에 3D-PVC-BPM의 인장 강도는 36 MPa를 초과했고 신장률 또한 약 50%에 이르는 등 우수한 기계적 물성을 나타냈다.

수전해는 물을 전기분해하여 수소를 생산하는 방법으로, 재생에너지와 연계할 경우 이산화탄소 배출이 없는 청정 수소생산이 가능하다. 수전해 기술 중, 알칼라인 수전해와 음이온교환막 수전해는 알칼라인 환경에서 구동되어 저렴한 비귀 금속 전극 사용이 가능하여, 재생에너지를 연계한 대용량 수소생산에 적합한 기술로 평가받는다. 수전해 시스템에서 분리막 은 안정성과 효율성을 담당하는 핵심부품으로, 안정적이고 효율적인 수소생산을 위하여 높은 기체차단성과 높은 이온전달능 을 필요로 한다. 수전해에 사용되는 분리막은 구조 및 특성에 따라 다공막, 이온솔베이팅 분리막, 박막 복합 분리막, 음이온교 환막으로 분류되고, 각각의 분리막은 구조 및 특성이 상이하여 각각의 특성을 보완하는 방향으로 연구가 진행되고 있다. 본 총설에서는 알칼라인 수전해 및 음이온교환막 수전해에 사용되는 분리막들의 구조 및 특성과 연구 현황에 대해 소개하고자 한다.

수전해 시스템에서 제어되지 않은 수소 크로스오버(hydrogen crossover)는 효율 저하 및 폭발 위험성 등을 야기시 키는 위험 요인이다. 수전해 공정에서 양이온교환막(cation exchange membrane, CEM)은 완전히 수화된 상태로 운전되기 때 문에 이중상(two-phase) 물질로 취급하는 것이 중요하다. 본 총설에서는 수소 크로스오버의 특성 평가 중 발생할 수 있는 주 요 기술적 문제를 요약하였다. 특히, pressure decay method (PDM)는 수소 크로스오버를 정확하게 측정하기 위한 기법으로 평가되며, 막 내부 구조 분석에도 활용할 수 있다. 또한, 수소 크로스오버를 평가하는 데 있어 permeability (즉, 고유 물질 특 성) 차원의 고유한 한계를 논의하고, 공정 안전성을 위해 flux 기반(즉, 공정 파라미터)으로의 전환 필요성을 강조한다. 추가 적으로, 막-촉매 계면에서의 과포화(supersaturation) 현상이 크로스오버에 미치는 영향에 대한 연구 필요성을 강조한다.